KR102300728B1 - Semiconductor Memory Device And Method of Fabricating The Same - Google Patents

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Abstract

반도체 메모리 장치는 제1 방향으로 배열되며 기판 상에 교대로 반복 적층된 게이트 전극과 절연막들을 포함하는 적층 구조체, 및 적충 구조체를 관통하는 수직 채널 구조체들을 포함한다. 수직 채널 구조체들의 각각은 상기 기판과 연결되는 반도체 패턴, 및 반도체 패턴과 연결되는 수직 채널 패턴을 포함한다. 수직 채널 구조체들에 포함된 반도체 패턴들 각각은 리세스된 측벽들을 가진다. 반도체 패턴들은 서로 다른 최소 폭들을 가진다. A semiconductor memory device includes a stacked structure including gate electrodes and insulating layers arranged in a first direction and alternately stacked on a substrate, and vertical channel structures passing through the stacking structure. Each of the vertical channel structures includes a semiconductor pattern connected to the substrate and a vertical channel pattern connected to the semiconductor pattern. Each of the semiconductor patterns included in the vertical channel structures has recessed sidewalls. The semiconductor patterns have different minimum widths.

Description

반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법{Semiconductor Memory Device And Method of Fabricating The Same}TECHNICAL FIELD [0002] Semiconductor memory device and method of manufacturing the same

본 발명은 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.

소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해 반도체 장치의 집적도를 증가시키는 것이 요구되고 있다. 반도체 메모리 장치의 경우, 그 집적도는 제품의 가격을 결정하는 중요한 요인이기 때문에, 특히 증가된 집적도가 요구되고 있다. 종래의 2차원 또는 평면적 반도체 메모리 장치의 경우, 그 집적도는 단위 메모리 셀이 점유하는 면적에 의해 주로 결정되기 때문에, 미세 패턴 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받는다. 하지만, 패턴의 미세화를 위해서 초고가의 장비들이 필요하며, 2차원 반도체 메모리 장치의 집적도의 증가는 여전히 제한적이다. 이에 따라 수직으로 메모리 셀들이 배열된 반도체 메모리 장치에 대한 요구가 증대되고 있다.It is required to increase the degree of integration of semiconductor devices in order to meet the excellent performance and low price demanded by consumers. In the case of a semiconductor memory device, since the degree of integration is an important factor in determining the price of a product, an increased degree of integration is particularly required. In the case of a conventional two-dimensional or planar semiconductor memory device, since the degree of integration is mainly determined by an area occupied by a unit memory cell, it is greatly affected by the level of a fine pattern forming technique. However, very expensive equipment is required for pattern miniaturization, and an increase in the degree of integration of a two-dimensional semiconductor memory device is still limited. Accordingly, there is an increasing demand for a semiconductor memory device in which memory cells are vertically arranged.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 고집적, 고 신뢰성을 가지는 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having high integration and high reliability.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 고집적, 고 신뢰성을 가지는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having high integration and high reliability.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 기판 상에 교대로 반복 적층된 절연막들과 게이트 전극들을 포함하며, 제1 방향으로 배치된 적층 구조체들, 상기 적층 구조체들의 각각을 관통하고, 상기 기판과 연결되며 상기 제1 방향으로 나란히 배치된 제1 및 제 2 반도체 패턴들, 상기 적층 구조체들 각각을 관통하고, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들의 각각 상에 배치된 제1 및 제2 수직 채널 패턴들, 상기 적층 구조체들 사이의 트렌치; 및 상기 트렌치 내에 배치된 공통 소오스 플러그를 포함할 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴은 상기 트렌치에 근접하게 배치되고, 상기 제2 반도체 패턴은 상기 트렌치로부터 멀게 배치될 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴의 최소 폭은 상기 제2 반도체 패턴의 최소 폭보다 작을 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention for achieving the above object, a semiconductor memory device includes insulating layers and gate electrodes that are alternately and repeatedly stacked on a substrate, stacked structures arranged in a first direction, and the stacked structure first and second semiconductor patterns passing through each of the layers, connected to the substrate and arranged side by side in the first direction, passing through each of the stacked structures, and disposed on each of the first and second semiconductor patterns first and second vertical channel patterns, a trench between the stacked structures; and a common source plug disposed in the trench. The first semiconductor pattern may be disposed adjacent to the trench, and the second semiconductor pattern may be disposed far from the trench. A minimum width of the first semiconductor pattern may be smaller than a minimum width of the second semiconductor pattern.

일부 실시예들에 있어서, 상기 적층 구조체들 각각은 상기 반도체 패턴들에 의해 관통되는 제1 게이트 전극 및 상기 수직 채널 패턴들을 수평으로 감싸며, 상기 제1 게이트 전극 상에 수직으로 적층된 제2 게이트 전극들을 포함할 수 있다.In some embodiments, each of the stack structures horizontally surrounds the first gate electrode penetrated by the semiconductor patterns and the vertical channel patterns, and a second gate electrode vertically stacked on the first gate electrode may include

일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 게이트 전극들과 상기 제1 수직 채널 패턴, 및 상기 제2 게이트 전극들과 제2 수직채널 패턴 사이에 정보 저장 패턴이 배치될 수 있다.In some embodiments, an information storage pattern may be disposed between the second gate electrodes and the first vertical channel pattern, and between the second gate electrodes and the second vertical channel pattern.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 게이트 전극은 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들의 측벽들을 감싸고, 상기 제1 방향에서 서로 이격된 단부들을 가지며, 상기 제1 반도체 패턴과 상기 제2 반도체 패턴 사이에서 제1 두께를 갖고, 상기 단부들에 인접하여 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 가질 수 있다.In some embodiments, the first gate electrode surrounds sidewalls of the first and second semiconductor patterns, has ends spaced apart from each other in the first direction, and is disposed between the first semiconductor pattern and the second semiconductor pattern. may have a first thickness and a second thickness greater than the first thickness adjacent to the end portions.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들은 각각 리세스된 측벽들을 가질 수 있다.In some embodiments, each of the first and second semiconductor patterns may have recessed sidewalls.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들 각각은 상기 리세스된 측벽들 사이에서 상기 최소 폭을 가질 수 있다.In some embodiments, each of the first and second semiconductor patterns may have the minimum width between the recessed sidewalls.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 반도체 패턴의 상기 리세스된 측벽들은 상기 제1 방향에서 서로 대향하는 제1 리세스 측벽 및 제2 리세스 측벽을 가지며, 상기 제1 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이는 상기 제2 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이와 다를 수 있다.In some embodiments, the recessed sidewalls of the second semiconductor pattern have a first recess sidewall and a second recess sidewall opposite to each other in the first direction, and a maximum recess of the first recess sidewall The recess depth may be different from a maximum recess depth of the sidewall of the second recess.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 리세스 측벽에서의 상기 최대 리세스 깊이와 상기 제2 리세스 측벽에서의 상기 최대 리세스 깊이의 차이는 약 10Å 내지 약 60Å일 수 있다.In some embodiments, a difference between the maximum recess depth in the first recess sidewall and the maximum recess depth in the second recess sidewall may be about 10 Å to about 60 Å.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 반도체 패턴의 리세스된 측벽들의 최대 리세스 깊이들은 실질적으로 동일할 수 있다.In some embodiments, maximum recess depths of the recessed sidewalls of the first semiconductor pattern may be substantially the same.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 기판 상에 교대로 반복 적층된 절연막들과 게이트 전극들을 포함하며, 제1 방향으로 배치된 적층 구조체들, 상기 적층 구조체들의 각각을 관통하고 상기 기판과 연결되며 상기 제1 방향으로 나란히 배치된 반도체 패턴들, 상기 적층 구조체들 각각을 관통하고 각각이 상기 반도체 패턴들의 각각 상에 배치된 수직 채널 패턴들, 상기 적층 구조체들 사이에 배치된 트렌치, 및 상기 트렌치 내에 배치된 공통 소오스 플러그를 포함함할 수 있다. 상기 반도체 패턴들 중 적어도 하나는 상기 제1 방향에서 서로 대향하는 리세스 측벽들을 가지며, 상기 리세스 측벽들의 최대 리세스 깊이들은 서로 다를 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention for achieving the above object, a semiconductor memory device includes insulating layers and gate electrodes that are alternately and repeatedly stacked on a substrate, stacked structures arranged in a first direction, and the stacked structure semiconductor patterns passing through each of the substrates and connected to the substrate and arranged side by side in the first direction, vertical channel patterns penetrating each of the stacked structures and disposed on each of the semiconductor patterns, the stacked structures a trench disposed therebetween, and a common source plug disposed within the trench. At least one of the semiconductor patterns may have recess sidewalls opposite to each other in the first direction, and maximum recess depths of the recess sidewalls may be different from each other.

일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 반도체 패턴의 상기 리세스된 측벽들은 상기 제1 방향에서 상기 트렌치에 근접한 제1 리세스 측벽과 상기 트렌치로부터 먼 제2 리세스 측벽을 포함하며, 상기 제1 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이는 상기 제2 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이보다 클 수 있다,In some embodiments, the recessed sidewalls of the at least one semiconductor pattern include a first recess sidewall proximate to the trench and a second recess sidewall distal from the trench in the first direction, a maximum recess depth of the first recess sidewall may be greater than a maximum recess depth of the second recess sidewall;

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이와 상기 제2 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이의 차이는 약 10Å 내지 약 60Å일 수 있다.In some embodiments, a difference between the maximum recess depth of the first recess sidewall and the maximum recess depth of the second recess sidewall may be about 10 Å to about 60 Å.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 리세스 측벽의 높이는 상기 제2 리세스 측벽의 높이보다 높을 수 있다.In some embodiments, a height of the first recess sidewall may be higher than a height of the second recess sidewall.

일부 실시예들에 있어서, 상기 적층 구조체들 각각은 반도체 패턴들에 의해 관통되는 제1 게이트 전극을 포함하고, 상기 제1 게이트 전극은 상기 제2 리세스 측벽에 인접한 영역에서 보다 상기 제1 리세스 측벽에 인접한 영역에서 더 두꺼울 수 있다.In some embodiments, each of the stack structures includes a first gate electrode penetrated by semiconductor patterns, wherein the first gate electrode is in the first recess than in a region adjacent to a sidewall of the second recess. It may be thicker in areas adjacent to the sidewalls.

일부 실시예들에 있어서, 상기 반도체 장치는 상기 수직 채널 패턴들 각각과 상기 적층 구조체들 각각의 사이에 배치된 터널 절연막, 전하 저장막, 및 블로킹 절연막을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the semiconductor device may further include a tunnel insulating layer, a charge storage layer, and a blocking insulating layer disposed between each of the vertical channel patterns and each of the stacked structures.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 제1 방향으로 나란히 배치되며 기판과 연결되는 제1 반도체 패턴 및 제2 반도체 패턴, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들 상에 각각 배치된 제1 및 제2 수직 채널 패턴들, 및 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들을 수평적으로 감싸며 상기 제1 방향에서 단부들을 가지는 게이트 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들의 각각은 상기 게이트 전극에 인접한 영역에서 최소 폭을 가지며, 상기 제1 반도체 패턴의 최소 폭은 상기 제2 반도체 패턴의 최소 폭보다 작고, 상기 게이트 전극은 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들 사이의 영역에서 제1 두께, 및 상기 게이트 전극의 상기 단부들에 인접한 영역에서 상기 제1 두께와 다른 제2 두께를 가질 수 있다.일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들의 각각은 제1 방향에서 서로 대향하는 제1 리세스 측벽 및 제2 리세스 측벽을 가질 수 있다.A semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention for achieving the above object includes a first semiconductor pattern and a second semiconductor pattern, the first and second semiconductor patterns arranged side by side in a first direction and connected to a substrate The first and second vertical channel patterns respectively disposed thereon, and a gate electrode that horizontally surrounds the first and second semiconductor patterns and has ends in the first direction. Each of the first and second semiconductor patterns has a minimum width in a region adjacent to the gate electrode, a minimum width of the first semiconductor pattern is smaller than a minimum width of the second semiconductor pattern, and the gate electrode has a minimum width of the first semiconductor pattern. and a first thickness in a region between the second semiconductor patterns and a second thickness different from the first thickness in a region adjacent to the ends of the gate electrode. and each of the second semiconductor patterns may have a first recess sidewall and a second recess sidewall facing each other in the first direction.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 반도체 패턴의 상기 제1 및 제2 리세스 측벽들의 최대 리세스 깊이들은 실질적으로 동일할 수 있다.In some embodiments, maximum recess depths of sidewalls of the first and second recesses of the first semiconductor pattern may be substantially the same.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 반도체 패턴의 상기 제1 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이는 상기 제2 반도체 패턴의 상기 제2 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이보다 클 수 있다.In some embodiments, a maximum recess depth of a sidewall of the first recess of the second semiconductor pattern may be greater than a maximum recess depth of a sidewall of the second recess of the second semiconductor pattern.

일부 실시예들에 있어서, 상기 게이트 전극의 상기 제2 두께는 상기 제 게이트 전극의 상기 제1 두께보다 두꺼울 수 있다. In some embodiments, the second thickness of the gate electrode may be greater than the first thickness of the second gate electrode.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 트렌치에 의해 분리되어 제1 방향으로 배치되며, 교대로 적층된 절연막들과 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체들이 기판 상에 형성될 수 있다. 기판과 연결되는 반도체 패턴과 그 것 상에 배치된 수직 채널 패턴을 각각 포함하는 수직 채널 구조체들이 적층 구조체들 각각을 관통할 수 있다. 반도체 패턴들의 측벽들 중 제1 방향에서 트렌치에 근접한 측벽들을 트렌치로부터 먼 측벽들 보다 더 리세스할 수 있다. 이에 따라, 제1 방향과 교차하는 제2 방향에서 근접한 반도체 패턴들의 리세스 측벽들 간의 폭이 최대로 확보되어 반도체 패턴들을 감싸는 게이트 전극의 형성이 용이해질 수 있다. 따라서, 고집적, 고신뢰성을 가지는 반도체 메모리 장치가 확보될 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention, stacked structures separated by a trench and disposed in the first direction and including insulating layers and gate electrodes alternately stacked may be formed on a substrate. Vertical channel structures each including a semiconductor pattern connected to the substrate and a vertical channel pattern disposed thereon may pass through each of the stacked structures. Among the sidewalls of the semiconductor patterns, sidewalls adjacent to the trench in the first direction may be more recessed than sidewalls distant from the trench. Accordingly, the width between sidewalls of the recesses of the adjacent semiconductor patterns in the second direction intersecting the first direction is secured to the maximum, so that the formation of the gate electrode surrounding the semiconductor patterns may be facilitated. Accordingly, a semiconductor memory device having high integration and high reliability can be secured.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 단면도로서, 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시된 반도체 패턴들을 포함한 반도체 메모리 장치의 일부를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 반도체 패턴들의 개략적인 단면도들이다,
도 6 내지 도 8, 도 10, 도 11, 도 14, 도 17, 및 도 18은 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도들이다.
도 9는 도 8의 B 부분의 확대도이다.
도 12는 도 11의 G의 높이에서의 개략적인 평면도이다.
도 13은 도 11의 G 부분의 확대도이다.
도 15는 도 14의 G'의 높이에서의 개략적인 평면도이다.
도 16은 도 14의 G' 부분의 확대도이다.
도 19은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 반도체 장치 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 20은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 전자 시스템을 보여주는 개략적인 블록도이다.
1 is a schematic plan view of a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 .
3 is an enlarged view of part A of FIG. 2 .
FIG. 4 is a schematic plan view illustrating a part of a semiconductor memory device including the semiconductor patterns shown in FIG. 2 .
5A and 5B are schematic cross-sectional views of the semiconductor patterns shown in FIG. 2 ;
6 to 8 , 10 , 11 , 14 , 17 , and 18 are for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 . As cross-sectional views, they are cross-sectional views taken along line II′ of FIG. 1 .
9 is an enlarged view of part B of FIG. 8 .
Fig. 12 is a schematic plan view at the height of G in Fig. 11;
13 is an enlarged view of part G of FIG. 11 .
Fig. 15 is a schematic plan view at the height of G' in Fig. 14;
FIG. 16 is an enlarged view of a portion G′ of FIG. 14 .
19 is a schematic block diagram illustrating a semiconductor device system including a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
20 is a schematic block diagram illustrating an electronic system including a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements mentioned. or addition is not excluded. Also, in this specification, when a certain film is referred to as being on another film or substrate, it means that it may be directly formed on the other film or substrate, or a third film may be interposed therebetween.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.Further, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the form of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process. For example, the etched region shown at a right angle may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have a schematic nature, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 2는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 예시적인 실시예들을 나타내는 개략적인 단면도로 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이다. 도 4는 도 2에 도시된 반도체 패턴들을 포함한 반도체 메모리 장치의 일부를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 반도체 패턴들을 나타내는 개략적인 단면도들이다,1 is a schematic plan view illustrating a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating exemplary embodiments of a semiconductor memory device of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line I-I' of FIG. 1 . 3 is an enlarged view of part A of FIG. 2 . FIG. 4 is a schematic plan view illustrating a part of a semiconductor memory device including the semiconductor patterns shown in FIG. 2 . 5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating the semiconductor patterns shown in FIG. 2;

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 기판(100) 상에 교대로 반복 적층된 절연막들(110) 및 게이트 전극들(172)을 포함하는 적층 구조체들(30), 및 적층 구조체들(30) 각각을 관통하며 기판(100)의 상면에 평행한 제1 방향(D1)으로 서로 이격된 수직 채널 구조체들(200)을 포함할 수 있다. 수직 채널 구조체들(200)은 기판(100) 상에서 기판(100)의 상면에 수직한 제3 방향(D3)으로 신장될 수 있다. 1 to 5 , in a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention, a stack including insulating layers 110 and gate electrodes 172 alternately and repeatedly stacked on a substrate 100 . The structures 30 and the vertical channel structures 200 passing through each of the stacked structures 30 and spaced apart from each other in the first direction D1 parallel to the upper surface of the substrate 100 may be included. The vertical channel structures 200 may extend on the substrate 100 in a third direction D3 perpendicular to the top surface of the substrate 100 .

기판(100)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 실리콘 단결정 기판, 게르마늄 단결정 기판 또는 실리콘-게르마늄 단결정 기판일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(100)은 SOI(Semiconductor on Insulator) 기판일 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 반도체 기판 상에 제공된 트랜지스터들을 보호하는 절연층 상에 배치된 반도체 층(예를 들면, 실리콘층, 실리콘-게르마늄층, 또는 게르마늄층)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 제 1 도전형(예를 들면, P형)의 반도체 기판일 수 있다. The substrate 100 may include a semiconductor material. For example, the substrate 100 may be a silicon single crystal substrate, a germanium single crystal substrate, or a silicon-germanium single crystal substrate. According to some embodiments, the substrate 100 may be a semiconductor on insulator (SOI) substrate. For example, the substrate 100 may include a semiconductor layer (eg, a silicon layer, a silicon-germanium layer, or a germanium layer) disposed on an insulating layer that protects transistors provided on the semiconductor substrate. The substrate 100 may be a semiconductor substrate of the first conductivity type (eg, P-type).

적층 구조체들(30) 각각은 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 방향(D1)에 교차하며 기판(100)의 상면에 평행한 제 2 방향(D2)으로 연장된 라인 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 적층 구조체들(30) 각각에 포함된 절연막들(110)과 게이트 전극들(172)은 제2 방향(D2)으로 연장된 라인 패턴들일 수 있다. 절연막들(110)은 기판(100) 상에 제3 방향(D3)으로 복수로 적층될 수 있다. 절연막들(110)은 예를 들어 제1 내지 제7 절연막들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, 110g)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 8층 이상의 절연막들(110)이 기판(100) 상에 적층될 수 있다. 절연막들(110) 중 일부는 두께가 다를 수 있다. 예를 들어, 최하층의 절연막인 제1 절연막(110a)의 두께는 제2 내지 제7 절연막들(110b 내지 100g)보다 얇을 수 있다. 제2, 제6 및 제7 절연막들(110b, 110f, 110g)은 제3 내지 제 5 절연막들(110c, 100d, 100e)보다 두껍게 형성될 수 있다. 절연막들(110)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1 , each of the stack structures 30 may have a line shape that crosses the first direction D1 and extends in the second direction D2 parallel to the upper surface of the substrate 100 . For example, the insulating layers 110 and the gate electrodes 172 included in each of the stack structures 30 may be line patterns extending in the second direction D2 . A plurality of insulating layers 110 may be stacked on the substrate 100 in the third direction D3 . The insulating layers 110 may include, for example, first to seventh insulating layers 110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, and 110g, but is not limited thereto. According to some embodiments, eight or more insulating layers 110 may be stacked on the substrate 100 . Some of the insulating layers 110 may have different thicknesses. For example, the thickness of the first insulating layer 110a, which is the lowest insulating layer, may be thinner than that of the second to seventh insulating layers 110b to 100g. The second, sixth, and seventh insulating layers 110b, 110f, and 110g may be formed to be thicker than the third to fifth insulating layers 110c, 100d, and 100e. The insulating layers 110 may include silicon oxide.

게이트 전극들(172) 각각은 제3 방향(D3)으로 복수로 적층될 수 있다. 게이트 전극들(172)은 예를 들어 제1 내지 제6 게이트 전극들(172a, 172b, 172c, 172d, 172e, 172f)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 7층 이상의 게이트 전극들(172)이 기판(100) 상에 적층될 수 있다. 게이트 전극들(172)은 반도체 메모리 장치(예를 들면, 수직형 낸드 플래시 메모리 장치)에 포함되는 메모리 셀들의 제어 게이트 전극들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최상층의 게이트 전극인 제6 게이트 전극(172f) 및 최하층의 게이트 전극인 제1 게이트 전극(172a) 사이의 제2 내지 제5 게이트 전극들(172b 내지 172e)은 제어 게이트 전극들 또는 제어 게이트 전극에 연결된 워드 라인으로 사용될 수 있다. 게이트 전극들(172)은 수직 채널 구조체들(200)과 결합하여 다수의 메모리 셀 스트링들을 구성할 수 있다. 따라서, 메모리 셀 스트링들 각각은 기판(100) 상에 제3 방향(D3)으로 배열된 메모리 셀들을 포함할 수 있다. Each of the gate electrodes 172 may be stacked in plurality in the third direction D3 . The gate electrodes 172 may include, for example, first to sixth gate electrodes 172a, 172b, 172c, 172d, 172e, and 172f, but is not limited thereto. According to some embodiments, seven or more layers of gate electrodes 172 may be stacked on the substrate 100 . The gate electrodes 172 may include control gate electrodes of memory cells included in a semiconductor memory device (eg, a vertical NAND flash memory device). For example, the second to fifth gate electrodes 172b to 172e between the sixth gate electrode 172f as the uppermost gate electrode and the first gate electrode 172a as the lowermost gate electrode are control gate electrodes or It can be used as a word line connected to the control gate electrode. The gate electrodes 172 may be combined with the vertical channel structures 200 to form a plurality of memory cell strings. Accordingly, each of the memory cell strings may include memory cells arranged on the substrate 100 in the third direction D3 .

제1 게이트 전극(172a) 및 제6 게이트 전극(172f)은 선택 트랜지스터들(GST, SST)의 게이트 전극들로 이용될 수 있다. 예를 들면, 제6 게이트 전극(172f)은 비트 라인(미도시)과 수직 채널 구조체들(200) 사이의 전기적 연결을 제어하는 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극으로 사용되고, 제1 게이트 전극(172a)은 기판(100)에 형성된 공통 소오스 영역(158)과 수직 채널 구조체들(200) 사이의 전기적 연결을 제어하는 접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 전극으로 사용될 수 있다.The first gate electrode 172a and the sixth gate electrode 172f may be used as gate electrodes of the selection transistors GST and SST. For example, the sixth gate electrode 172f is used as a gate electrode of the string select transistor SST for controlling the electrical connection between the bit line (not shown) and the vertical channel structures 200 , and the first gate electrode ( The 172a may be used as a gate electrode of the ground select transistor GST for controlling an electrical connection between the common source region 158 and the vertical channel structures 200 formed on the substrate 100 .

게이트 전극들(172)은 수직 채널 구조체들(200)을 감쌀 수 있다. 게이트 전극들(172) 각각은 제1 방향(D1)에서 서로 이격된 제1 및 제2 단부들(172-TE1, 172-TE2)을 가질 수 있다. 게이트 전극들(172)은 실질적으로 동일한 두께 및 형태를 가질 수 있다. 게이트 전극들(172) 각각의 두께는 수평적 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극들(172) 각각은 단부들(172-TE1, 172-TE2)에 인접한 영역에서 제1 두께(T1) 및 수직 채널 구조체들(200)의 사이의 영역에서 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 게이트 전극들(172) 각각은 수직 채널 구조체들(200) 사이의 영역의 일부에서 제1 두께(T1)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 제2 두께(T2)보다 클 수 있다. The gate electrodes 172 may surround the vertical channel structures 200 . Each of the gate electrodes 172 may have first and second ends 172 - TE1 and 172 - TE2 spaced apart from each other in the first direction D1 . The gate electrodes 172 may have substantially the same thickness and shape. A thickness of each of the gate electrodes 172 may vary according to a horizontal position. For example, each of the gate electrodes 172 may have a first thickness T1 in a region adjacent to the ends 172 - TE1 and 172 - TE2 and a second thickness ( T1 ) in a region between the vertical channel structures 200 . T2) may have. Each of the gate electrodes 172 may have a first thickness T1 in a portion of a region between the vertical channel structures 200 . The first thickness T1 may be greater than the second thickness T2 .

게이트 전극들(172) 각각은 게이트 도전막을 포함할 수 있다. 게이트 도전막은 예를 들면, 금속 실리사이드막, 금속막, 금속 질화막, 또는 이들의 조합막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 실리사이드막은 코발트 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 또는 탄탈륨 실리사이드를 포함할 수 있다. 금속막은 예를 들면, 텅스텐, 니켈, 코발트, 티타늄, 또는 탄탈륨을 포함할 수 있다. 금속 질화막은 예를 들면, 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 탄탈륨 질화물을 포함할 수 있다. Each of the gate electrodes 172 may include a gate conductive layer. The gate conductive layer may include, for example, a metal silicide layer, a metal layer, a metal nitride layer, or a combination thereof. For example, the metal silicide layer may include cobalt silicide, titanium silicide, tungsten silicide, or tantalum silicide. The metal layer may include, for example, tungsten, nickel, cobalt, titanium, or tantalum. The metal nitride layer may include, for example, titanium nitride, tungsten nitride, or tantalum nitride.

수직 채널 구조체들(200)은 적층 구조체들(30) 각각을 관통하여 기판(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1을 참조하면, 적층 구조체들(30) 각각에 포함된 수직 채널 구조체들(200)은 제2 방향(D2)의 제1 열(①) 및 제2 열(②)을 따라 배열될 수 있다. 제1 열(①)의 제1 수직 채널 구조체(200a)는 제2 열(②)의 제2 수직 채널 구조체(200b)와 제1 방향(D1)으로 이격되어 배치될 수 있다. 수직 채널 구조체들(200)은 지그재그로 배치될 수 있다. The vertical channel structures 200 may pass through each of the stack structures 30 to be electrically connected to the substrate 100 . Referring to FIG. 1 , the vertical channel structures 200 included in each of the stack structures 30 may be arranged along a first column (①) and a second column (②) in the second direction D2. . The first vertical channel structure 200a of the first column (①) may be disposed to be spaced apart from the second vertical channel structure 200b of the second column (②) in the first direction D1. The vertical channel structures 200 may be arranged in a zigzag manner.

추가로, 제1 열(①) 및 제2 열(②)의 제1 및 제2 수직 채널 구조체들(200a, 200b)과 제1 방향(D1)으로 이웃하여 제3 열(③) 및 제4 열(④)의 제3 및 제4 수직 채널 구조체들(200c, 200d)이 더 배치될 수 있다. 제1 및 제3 수직 채널 구조체들(200a, 200c)은 제2 수직 채널 구조체들(200b)들을 기준으로 제1 방향(D1)으로 대칭되어 배치될 수 있다. 제2 및 제4 수직 채널 구조체들(200b, 200d)은 제3 수직 채널 구조체들(200c)를 기준으로 제1 방향(D1)으로 대칭되어 배치될 수 있다. 4열로 배열된 복수개의 수직 채널 구조체들(200)이 그룹을 이루어 공통 소오스 영역(158)을 사이에 두고 제1 방향(D1)으로 반복적으로 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 수직 채널 구조체들(200)은 4열로 배열되는 것에 한정되지 않고, 다른 수의 열들(예를 들면, 4 이하 또는 4 이상의 열들)로 배열될 수 있다.Additionally, the first and second vertical channel structures 200a and 200b of the first column (①) and the second column (②) are adjacent to each other in the first direction D1 in the third column (③) and the fourth column (②) Third and fourth vertical channel structures 200c and 200d in the column ④ may be further disposed. The first and third vertical channel structures 200a and 200c may be symmetrically disposed in the first direction D1 with respect to the second vertical channel structures 200b. The second and fourth vertical channel structures 200b and 200d may be symmetrically disposed in the first direction D1 with respect to the third vertical channel structures 200c. A plurality of vertical channel structures 200 arranged in four columns may form a group and may be repeatedly disposed in the first direction D1 with the common source region 158 interposed therebetween. According to some embodiments, the vertical channel structures 200 are not limited to being arranged in 4 columns, but may be arranged in a different number of columns (eg, 4 or less or 4 or more columns).

수직 채널 구조체들(200)의 각각은 반도체 패턴(126), 정보 저장 패턴(130), 수직 채널 패턴(140) 및 매립 절연 패턴(144)을 포함할 수 있다. 정보 저장 패턴(130), 수직 채널 패턴(140), 및 매립 절연 패턴(144)은 반도체 패턴(126) 상에 배치될 수 있다. Each of the vertical channel structures 200 may include a semiconductor pattern 126 , an information storage pattern 130 , a vertical channel pattern 140 , and a buried insulating pattern 144 . The information storage pattern 130 , the vertical channel pattern 140 , and the buried insulating pattern 144 may be disposed on the semiconductor pattern 126 .

반도체 패턴들(126) 각각은 기판(100) 내부로 연장될 수 있다. 반도체 패턴들(126) 각각의 일부는 기판(100) 내에 매립되고, 그 것의 다른 일부는 기판(100) 상에 수직으로 돌출된 필라 형상을 가질 수 있다. 반도체 패턴들(126)은 적층 구조체(30)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 반도체 패턴(126)의 상면은 제1 게이트 전극(172a)의 상면보다 높을 레벨로 위치할 수 있다. 반도체 패턴들(126) 각각은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘게르마늄(SiGe), III-V족 반도체 화합물, 및/또는 II-VI족 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 반도체 패턴들(126)은 단결정 실리콘을 포함하는 에피텍셜 층들일 수 있다. 반도체 패턴들(126)은 불순물이 언도프트된 패턴들이거나, 기판(100)의 도전형과 동일한 불순물이 도핑된 패턴들일 수 있다. Each of the semiconductor patterns 126 may extend into the substrate 100 . A portion of each of the semiconductor patterns 126 may be embedded in the substrate 100 , and another portion thereof may have a pillar shape vertically protruding from the substrate 100 . The semiconductor patterns 126 may be disposed under the stack structure 30 . For example, the top surface of the semiconductor pattern 126 may be positioned at a higher level than the top surface of the first gate electrode 172a. Each of the semiconductor patterns 126 may include silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), a group III-V semiconductor compound, and/or a group II-VI semiconductor compound. The semiconductor patterns 126 may be epitaxial layers including single crystal silicon. The semiconductor patterns 126 may be patterns undoped with impurities or patterns doped with impurities having the same conductivity type as that of the substrate 100 .

반도체 패턴들(126)은 제1 방향(D1)으로 나란히 배치된 제1 반도체 패턴(126-1)과 제2 반도체 패턴(126-2)을 포함할 수 있다. 제1 반도체 패턴(126-1)은 트렌치(154)에 수평적으로 근접하고, 제2 반도체 패턴(126-2)은 트렌치(154)로부터 수평적으로 멀게 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 반도체 패턴(126-1)과 트렌치(154) 사이의 이격 거리(SL1)는 제2 반도체 패턴(126-2)과 트렌치(154) 사이의 이격 거리(SL2)보다 짧을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 반도체 패턴(126-1)은 제1 열(①)의 제1 수직 구조체들(200a) 및 제4 열(④)의 제4 수직 구조체들(200d)에 대응되며, 제2 반도체 패턴(126-2)은 제2 열(②)의 제2 수직 구조체들(200a) 및 제3 열(③)의 제3 수직 구조체들(200d)에 대응될 수 있다.The semiconductor patterns 126 may include a first semiconductor pattern 126 - 1 and a second semiconductor pattern 126 - 2 arranged side by side in the first direction D1 . The first semiconductor pattern 126 - 1 may be horizontally adjacent to the trench 154 , and the second semiconductor pattern 126 - 2 may be horizontally distant from the trench 154 . For example, as shown in FIG. 4 , the separation distance SL1 between the first semiconductor pattern 126 - 1 and the trench 154 is the spacing between the second semiconductor pattern 126 - 2 and the trench 154 . It may be shorter than the distance SL2. According to some embodiments, the first semiconductor pattern 126 - 1 corresponds to the first vertical structures 200a in the first column (①) and the fourth vertical structures 200d in the fourth column (④). and the second semiconductor pattern 126 - 2 may correspond to the second vertical structures 200a in the second column (②) and the third vertical structures 200d in the third column (③).

반도체 패턴들(126)은 리세스된 측벽들(126a)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반도체 패턴들(126)의 리세스된 측벽들(126a) 각각은 제1 방향(D1)에서 서로 대향하는 제1 리세스 측벽(126a1)과 제2 리세스 측벽(126a2)를 포함할 수 있다. 제1 리세스 측벽(126a1)은 트렌치(180)에 가깝고, 제2 리세스 측벽(126a2)은 트렌치(180)로부터 멀 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 리세스 측벽(126a1) 및 제2 리세스 측벽(126a2)은 실질적으로 동일한 최대 리세스 깊이(X3)를 가질 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 측벽(126a1)과 제2 측벽(126a2)은 서로 다른 최대 리세스 깊이를 가질 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 측벽(126a1)의 최대 리세스 깊이(X3)는 제2 측벽(126a2)의 최대 리세스 깊이(X2)보다 클 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2)의 최대 리세스 깊이들(X3, x2)의 차이는 약 10Å 내지 약 60Å일 수 있다.The semiconductor patterns 126 may include recessed sidewalls 126a. For example, each of the recessed sidewalls 126a of the semiconductor patterns 126 may include a first recessed sidewall 126a1 and a second recessed sidewall 126a2 facing each other in the first direction D1 . can do. The first recess sidewall 126a1 may be proximal to the trench 180 , and the second recess sidewall 126a2 may be remote from the trench 180 . 5A and 5B , the first recess sidewall 126a1 and the second recess sidewall 126a2 of the first semiconductor pattern 126 - 1 may have substantially the same maximum recess depth X3. can The first sidewall 126a1 and the second sidewall 126a2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may have different maximum recess depths. The maximum recess depth X3 of the first sidewall 126a1 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be greater than the maximum recess depth X2 of the second sidewall 126a2 . A difference between the maximum recess depths X3 and x2 of the first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be about 10 Å to about 60 Å.

제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2)과 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 리세스 측벽(126a1)은 실질적으로 동일한 최대 리세스 깊이(X3)를 가질 수 있다. The first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 of the first semiconductor pattern 126 - 1 and the first recess sidewall 126a1 of the second semiconductor pattern 126 - 2 have substantially the same maximum recess It may have a depth (X3).

제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2)은 실질적으로 동일한 높이들(H3)을 가질 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 리세스 측벽(126a1)의 높이(H3)는 제2 리세스 측벽(126a2)의 높이(H2)보다 클 수 있다. The first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 of the first semiconductor pattern 126 - 1 may have substantially the same height H3 . A height H3 of the first recess sidewall 126a1 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be greater than a height H2 of the second recess sidewall 126a2 .

반도체 패턴들(126)은 각각 최소 폭을 가질 수 있다. 반도체 패턴들(126) 각각의 최소 폭은 반도체 패턴들(126) 각각의 리세스된 측벽들(126a) 간의 최소 폭에 해당될 수 있다. 일부 반도체 패턴(126)의 최소 폭은 다른 반도체 패턴(126)의 최소 폭과 다를 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체 패턴(126-1)과 제2 반도체 패턴(126-2)은 서로 다른 최소 폭을 가질 수 있다. 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 최소 폭(W1)은 제2 반도체 패턴(126-2)의 제2 최소 폭(W2)보다 작을 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 최소 폭(W1)과 제2 반도체 패턴(126-1)의 최소 폭(W2)의 차이는 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 측벽(126a1)의 최대 리세스 깊이(X2)와 제2 반도체 패턴(126-2)의 제2 측벽(126a2)의 최대 리세스 깊이(X3)의 차이와 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패턴들(126-1, 126-2)의 상부들은 각각 최대 폭(W3)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 반도체 패턴들(126-1, 126-2)의 각각은 제2 절연막(110b)과 접하는 상부의 측벽들(126b) 사이에서 최대 폭(W3)을 가질 수 있다.Each of the semiconductor patterns 126 may have a minimum width. The minimum width of each of the semiconductor patterns 126 may correspond to the minimum width between the recessed sidewalls 126a of each of the semiconductor patterns 126 . A minimum width of some semiconductor patterns 126 may be different from a minimum width of other semiconductor patterns 126 . For example, the first semiconductor pattern 126 - 1 and the second semiconductor pattern 126 - 2 may have different minimum widths. The first minimum width W1 of the first semiconductor pattern 126 - 1 may be smaller than the second minimum width W2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 . For example, the difference between the first minimum width W1 of the first semiconductor pattern 126 - 1 and the minimum width W2 of the second semiconductor pattern 126 - 1 is the width of the second semiconductor pattern 126 - 2 . It may be substantially equal to a difference between the maximum recess depth X2 of the first sidewall 126a1 and the maximum recess depth X3 of the second sidewall 126a2 of the second semiconductor pattern 126-2. Upper portions of the first and second semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 may each have a maximum width W3. For example, each of the first and second semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 may have a maximum width W3 between upper sidewalls 126b in contact with the second insulating layer 110b. .

도 4를 참조하면, 제2 방향(D2)에서 서로 인접한 제1 반도체 패턴(126-1)의 상부 측벽(126b)과 제2 반도체 패턴(126-2)의 상부 측벽(126b) 사이의 제1 거리(HD1) 보다 제1 반도체 패턴(126-1)의 리세스 측벽(126a)과 제2 반도체 패턴(126-2)의 리세스 측벽(126a) 사이의 제2 거리(HD2)는 클 수 있다. 이에 따라 제1 반도체 패턴(126-1)과 제2 반도체 패턴(126-2) 사이에서 제1 게이트 전극(172a)이 형성되는 공간의 폭은 확대될 수 있다. 제2 방향(D2)에서 인접한 제2 반도체 패턴들(126-2)의 리세스 측벽들(126a) 간의 제3 거리(HD3)는 제2 거리(HD2)보다 짧을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 제3 거리(HD3)는 제2 거리(HD2)와 실질적으로 동일할 수 있다.Referring to FIG. 4 , in the second direction D2 , the first semiconductor pattern 126 - 1 is adjacent to each other and is disposed between the upper sidewall 126b and the upper sidewall 126b of the second semiconductor pattern 126 - 2 . The second distance HD2 between the recess sidewall 126a of the first semiconductor pattern 126 - 1 and the recess sidewall 126a of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be greater than the distance HD1 . . Accordingly, the width of the space in which the first gate electrode 172a is formed between the first semiconductor pattern 126 - 1 and the second semiconductor pattern 126 - 2 may be increased. The third distance HD3 between the recess sidewalls 126a of the adjacent second semiconductor patterns 126 - 2 in the second direction D2 may be shorter than the second distance HD2, but is not limited thereto. According to some embodiments, the third distance HD3 may be substantially equal to the second distance HD2 .

반도체 패턴들(126) 각각의 리세스 측벽(126a) 상에 게이트 산화막(164)이 배치될 수 있다. 게이트 산화막(164)은 제1 게이트 전극(172a)과 반도체 패턴들(126) 사이에 배치될 수 있다. 게이트 산화막(164)은 예를 들어 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. A gate oxide layer 164 may be disposed on the recess sidewall 126a of each of the semiconductor patterns 126 . The gate oxide layer 164 may be disposed between the first gate electrode 172a and the semiconductor patterns 126 . The gate oxide layer 164 may include, for example, silicon oxide.

제1 게이트 전극(172a)은 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 및 제2 측벽들(126a1, 126a2)에 근접한 부분에서 실질적으로 동일한 제1 두께(T1)를 가지며, 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 측벽(126a1)에 근접하여 제1 두께(T1), 및 제2 반도체 패턴(126-2)의 제2 측벽(126a2)에 근접하여 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 제2 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 제1 반도체 패턴(126-1)의 리세스 측벽(126a)과 제1 게이트 전극(172a)의 제1 단부(172-TE1)와의 수평 거리(L1)는 제2 반도체 패턴(126-1)의 리세스 측벽(126a)과 제1 게이트 전극(172a)의 단부(172-TE2)와의 수평 거리(L2)보다 짧을 수 있다The first gate electrode 172a has substantially the same first thickness T1 in a portion adjacent to the first and second sidewalls 126a1 and 126a2 of the first semiconductor pattern 126 - 1 , and the second semiconductor pattern The second semiconductor pattern 126 - 2 has a first thickness T1 close to the first sidewall 126a1 and a second thickness T2 close to the second sidewall 126a2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 . can The first thickness T1 may be thicker than the second thickness T2 . A horizontal distance L1 between the sidewall 126a of the recess of the first semiconductor pattern 126 - 1 and the first end 172 - TE1 of the first gate electrode 172a is a distance L1 of the second semiconductor pattern 126 - 1 . The horizontal distance L2 between the recess sidewall 126a and the end 172 - TE2 of the first gate electrode 172a may be shorter than the horizontal distance L2.

제3 방향(D3)으로 연장되는 수직 채널 패턴들(140)의 각각이 반도체 패턴들(126)의 각각 상에 배치될 수 있다. 반도체 패턴들(126)과 수직 채널 패턴들(140)은 각각 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 재1 반도체 패턴(126-1) 상에 제1 수직 채널 패턴(140-1)이 배치되고, 제2 반도체 패턴(126-2) 상에 제2 수직 채널 패턴(140-2)이 배치될 수 있다. Each of the vertical channel patterns 140 extending in the third direction D3 may be disposed on each of the semiconductor patterns 126 . The semiconductor patterns 126 and the vertical channel patterns 140 may be connected to each other, respectively. For example, a first vertical channel pattern 140-1 is disposed on the first semiconductor pattern 126-1, and a second vertical channel pattern 140-2 is disposed on the second semiconductor pattern 126-2. This can be placed

수직 채널 패턴들(140)의 각각은 정보 저장 패턴(130)과 매립 절연 패턴(144) 사이에 배치될 수 있다. 수직 채널 패턴들(140)의 각각은 상단이 오픈되고(opened), 속이 빈 마카로니 형태일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 수직 채널 패턴들(140)의 각각은 상단 및 하단이 오프된 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 수직 채널 패턴들(140)의 각각은 매립 절연 패턴(144)이 없이 속이 채워진 원기둥 형태일 수 있다. 수직 채널 패턴들(140)의 각각은 다결정 반도체 물질, 비정질 반도체 물질 또는 단결정 반도체 물질을 포함하는 패턴일 수 있다. 예를 들면, 수직 채널 패턴들(140)의 각각은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘게르마늄(SiGe), III-V족 반도체 화합물, 및/또는 II-VI족 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 수직 채널 패턴들(140)의 각각은 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 수직 채널 패턴들(140)의 각각은 불순물이 언도프트된 반도체 물질이거나, 기판(100)의 도전형과 동일한 불순물이 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다. Each of the vertical channel patterns 140 may be disposed between the information storage pattern 130 and the buried insulating pattern 144 . Each of the vertical channel patterns 140 may have an open top and a hollow macaroni shape. According to some embodiments, each of the vertical channel patterns 140 may have a shape in which an upper end and a lower end are turned off. According to some embodiments, each of the vertical channel patterns 140 may have a cylindrical shape without the filling insulating pattern 144 . Each of the vertical channel patterns 140 may be a pattern including a polycrystalline semiconductor material, an amorphous semiconductor material, or a single crystal semiconductor material. For example, each of the vertical channel patterns 140 may include silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), a group III-V semiconductor compound, and/or a group II-VI semiconductor compound. For example, each of the vertical channel patterns 140 may include polycrystalline silicon. Each of the vertical channel patterns 140 may include an undoped semiconductor material or a semiconductor material doped with an impurity having the same conductivity type as that of the substrate 100 .

정보 저장 패턴(130)은 적층 구조체들(30)의 각각과 수직 채널 패턴들(140)의 각각 사이에 배치될 수 있다. 정보 저장 패턴(130)은 상단 및 하단이 오픈된(opened) 형태를 가질수 있다. 정보 저장 패턴(130)은 데이터를 저장하는 박막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 정보 저장 패턴(130)에 저장되는 데이터는 수직 채널 구조체들(200)의 각각과 게이트 전극들(172) 사이의 전압 차이에 의해 유발되는 파울러-노던하임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)을 이용하여 변경될 수 있으나, 이에 한정되지 않는 것은 아니다. 일부 실시예들에 따르면, 정보 저장 패턴(130)은 다른 동작 원리에 기초하여 데이터를 저장하는 것이 가능한 박막(예를 들면, 상변화 메모리 장치를 위한 박막 또는 가변저항 메모리 장치를 위한 박막)을 포함할 수도 있다.The information storage pattern 130 may be disposed between each of the stacked structures 30 and each of the vertical channel patterns 140 . The information storage pattern 130 may have an open top and an open bottom. The information storage pattern 130 may include a thin film for storing data. For example, data stored in the information storage pattern 130 may perform Fowler-Nordheim tunneling caused by a voltage difference between each of the vertical channel structures 200 and the gate electrodes 172 . may be changed using, but is not limited thereto. According to some embodiments, the information storage pattern 130 includes a thin film (eg, a thin film for a phase change memory device or a thin film for a variable resistance memory device) capable of storing data based on a different operating principle. You may.

도 3을 참조하면, 정보 저장 패턴(130)은 게이트 전극들(172)에 인접한 제1 블로킹 절연막(132), 수직 채널 패턴들(140)의 각각에 인접한 터널 절연막(136), 및 이들 사이의 전하 저장막(134)을 포함할 수 있다. 터널 절연막(136)은 예를 들면, 실리콘 산화막일 수 있다. 전하 저장막(134)은 트랩 절연막, 또는 도전성 나노 입자들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막일 수 있다. 트랩 절연막은 예를 들면, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막 및/또는 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 단일 막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막을 포함하는 단일막일 수 있다. 예를 들면, 제1 블로킹 절연막(132)은 알루미늄 산화막 및/또는 하프늄 산화막을 포함하는 복수의 박막들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the information storage pattern 130 includes a first blocking insulating layer 132 adjacent to the gate electrodes 172 , a tunnel insulating layer 136 adjacent to each of the vertical channel patterns 140 , and a space therebetween. A charge storage layer 134 may be included. The tunnel insulating layer 136 may be, for example, a silicon oxide layer. The charge storage layer 134 may be a trap insulating layer or an insulating layer including conductive nano dots. The trap insulating layer may include, for example, silicon nitride. The first blocking insulating layer 132 may include a silicon oxide layer and/or a high-k layer (eg, an aluminum oxide layer or a hafnium oxide layer). The first blocking insulating layer 132 may be formed of a single layer or a plurality of thin films. For example, the first blocking insulating layer 132 may be a single layer including a silicon oxide layer. For example, the first blocking insulating layer 132 may include a plurality of thin films including an aluminum oxide layer and/or a hafnium oxide layer.

제2 블로킹 절연막(168)이 적층 구조체들(30)의 각각과 수직 채널 구조체들(200) 사이에 추가적으로 제공되어, 절연막들(110)과 게이트 전극들(172) 사이로 연장될 수 있다. 예를 들면, 제2 블로킹 절연막(168)은 실질적으로 기판(100)에 대해 수평적으로 연장되어, 게이트 전극들(172)의 상면 및 하면을 덮을 수 있다. 제2 블로킹 절연막(168)은 단일막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 제2 블로킹 절연막(168)은 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 블로킹 절연막(168)은 형성되지 않을 수 있다. A second blocking insulating layer 168 may be additionally provided between each of the stacked structures 30 and the vertical channel structures 200 to extend between the insulating layers 110 and the gate electrodes 172 . For example, the second blocking insulating layer 168 may extend substantially horizontally with respect to the substrate 100 to cover upper and lower surfaces of the gate electrodes 172 . The second blocking insulating layer 168 may be formed of a single layer or a plurality of thin films. The second blocking insulating layer 168 may include a high dielectric layer (eg, an aluminum oxide layer or a hafnium oxide layer). According to some embodiments, the second blocking insulating layer 168 may not be formed.

매립 절연 패턴(144)은 수직 채널 패턴들(140)의 각각의 내부에 배치될 수 있다. 매립 절연 패턴(144)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. The buried insulating pattern 144 may be disposed inside each of the vertical channel patterns 140 . The buried insulating pattern 144 may include a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.

도전 패드들(128)의 각각이 수직 채널 구조체들(200)의 각각의 상단에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도전 패드들(128)의 각각은 수직 채널 패턴들(140) 각각과 연결되며, 그 것들 각각의 상단 상에 배치될 수 있다. 도전 패드들(128)의 각각은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도전 패드들(128)의 각각은 폴리 실리콘 또는 아몰포스 실리콘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도전 패드들(128)의 각각은 불순물이 도핑된 불순물 영역들일 수 있다. 도전 패드들(128)의 각각에 접하는 수직 채널 패턴들(200) 각각의 상단은 드레인 영역일 수 있다. 도전 패드들(128)의 각각은 비트라인(미도시)과 연결될 수 있다.Each of the conductive pads 128 may be disposed on top of each of the vertical channel structures 200 . For example, each of the conductive pads 128 may be connected to each of the vertical channel patterns 140 and disposed on top of each of the conductive pads 128 . Each of the conductive pads 128 may include a conductive material. For example, each of the conductive pads 128 may include polysilicon or amorphous silicon. According to some embodiments, each of the conductive pads 128 may be an impurity region doped with an impurity. An upper end of each of the vertical channel patterns 200 in contact with each of the conductive pads 128 may be a drain region. Each of the conductive pads 128 may be connected to a bit line (not shown).

캡핑 절연막(152)이 도전 패드들(128)을 덮으며 적층 구조체들(30)의 각각 상에 배치될 수 있다. 캡핑 절연막(152)은 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.A capping insulating layer 152 may be disposed on each of the stacked structures 30 to cover the conductive pads 128 . The capping insulating layer 152 may be formed of a silicon oxide layer.

적층 구조체들(30)을 서로 분리하는 트렌치(154)가 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 예를 들면, 제1 방향(D1)으로 배치된 4 열의 수직 채널 구조체들(200)로 구성된 수직 채널 구조체 그룹들 사이를 분리하는 트렌치(154)가 제공될 수 있다. 트렌치(154)는 제2 방향(D2)을 따라 연장될 수 있다. 트렌치(154)는 캡핑 절연막(152)의 상면에서 기판(100)의 상면까지 수직하게 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 트렌치(154)는 기판(100)의 내부로 일정 깊이로 연장될 수 있다.A trench 154 separating the stacked structures 30 from each other may be provided on the substrate 100 . For example, a trench 154 separating vertical channel structure groups including four columns of vertical channel structures 200 arranged in the first direction D1 may be provided. The trench 154 may extend in the second direction D2 . The trench 154 may extend vertically from the top surface of the capping insulating layer 152 to the top surface of the substrate 100 . According to some embodiments, the trench 154 may extend to a predetermined depth into the substrate 100 .

공통 소오스 영역(158)은 적층 구조체들(30) 사이의 기판(100) 내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 공통 소오스 영역(158)은 트렌치(150)에 노출된 기판(100) 내에 형성되고, 제2 방향(D2)을 따라 연장될 수 있다. 공통 소오스 영역(158)은 도전성 불순물 영역일 수 있다, 공통 소오스 영역(158)은 기판(100)과 다른 제2 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공통 소오스 영역(158)은 아세닉(As), 또는 인(P)과 같은 N형의 불순물을 포함할 수 있다. The common source region 158 may be disposed in the substrate 100 between the stack structures 30 . For example, the common source region 158 may be formed in the substrate 100 exposed to the trench 150 and may extend along the second direction D2 . The common source region 158 may be a conductive impurity region. The common source region 158 may include an impurity of a second conductivity type different from that of the substrate 100 . For example, the common source region 158 may include an N-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P).

공통 소오스 플러그(180)가 공통 소오스 영역(158) 상에 배치될 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 트렌치(154) 내에 배치되고 공통 소오스 영역(158)과 연결될 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 공통 소오스 영역(158)의 저항을 줄일 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 라인 형태로 제2 방향(D2)을 따라 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 공통 소오스 플러그(180)는 아일랜드 형태를 가지며 제2 방향(D2)를 따라 복수로 배치될 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 예를 들면, 폴리 실리콘, 또는 금속(예를 들면, 텅스텐, 또는 구리)을 포함할 수 있다.A common source plug 180 may be disposed on the common source region 158 . The common source plug 180 may be disposed in the trench 154 and may be connected to the common source region 158 . The common source plug 180 may reduce the resistance of the common source region 158 . The common source plug 180 may extend along the second direction D2 in the form of a line. According to some embodiments, the common source plug 180 may have an island shape and may be disposed in plurality along the second direction D2 . The common source plug 180 may include a conductive material. The common source plug 180 may include, for example, polysilicon or a metal (eg, tungsten or copper).

분리 절연막(178)이 적층 구조체들(30)과 공통 소오스 플러그(180) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들면, 분리 절연막(178)은 게이트 전극들(172)과 공통 소오스 플러그(180) 사이에 배치될 수 있다. 분리 절연막(178)은 게이트 전극들(172)의 단부들(172-TE1, 172-TE2)을 보호할 수 있다. 분리 절연막(178)은 산화막을 포함할 수 있다. The isolation insulating layer 178 may be disposed between the stacked structures 30 and the common source plug 180 . For example, the isolation insulating layer 178 may be disposed between the gate electrodes 172 and the common source plug 180 . The isolation insulating layer 178 may protect the ends 172 - TE1 and 172 - TE2 of the gate electrodes 172 . The isolation insulating layer 178 may include an oxide layer.

도 6 내지 도 8, 도 10, 도 11, 도 14, 도 17 및 도 18은 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도들이다. 도 9는 도 8의 B 부분의 확대도이다. 도 12는 도 11의 G의 높이에서의 개략적인 평면도이다. 도 13은 도 11의 G 부분의 확대도이다. 도 15는 도 14의 G'의 높이에서의 개략적인 평면도이다. 도 16은 도 14의 G' 부분의 확대도이다.6 to 8 , 10 , 11 , 14 , 17 and 18 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 . For example, they are cross-sectional views taken along line II′ of FIG. 1 . 9 is an enlarged view of part B of FIG. 8 . Fig. 12 is a schematic plan view at the height of G in Fig. 11; 13 is an enlarged view of part G of FIG. 11 . Fig. 15 is a schematic plan view at the height of G' in Fig. 14; FIG. 16 is an enlarged view of a portion G′ of FIG. 14 .

도 6을 참조하면, 기판(100) 상에 몰딩 구조체(10)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 몰딩 구조체(10)는 기판(100) 상에 절연막들(110) 및 희생막들(112)을 교대로 반복 적층하여 형성될 수 있다. 절연막들(110) 및 희생막들(112)은 각각 복수 층으로 형성될 수 있다. 절연막들(110)은 예를 들어, 제1 내지 제7 절연막들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, 110g)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 8층 이상의 절연막들(110)이 기판(100) 상에 적층될 수 있다. 희생막들(112)은 기판(100) 상에 적층되고, 절연막들(112) 사이에 각각 배치될 수 있다. 희생막들(112)은 예를 들어, 제1 내지 제6 희생막들(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 7층 이상의 희생막들(112)이 기판(100) 상에 적층될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the molding structure 10 may be formed on the substrate 100 . For example, the molding structure 10 may be formed by alternately repeatedly stacking insulating layers 110 and sacrificial layers 112 on the substrate 100 . Each of the insulating layers 110 and the sacrificial layers 112 may be formed in a plurality of layers. The insulating layers 110 may include, for example, first to seventh insulating layers 110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, and 110g, but is not limited thereto. According to some embodiments, eight or more insulating layers 110 may be stacked on the substrate 100 . The sacrificial layers 112 may be stacked on the substrate 100 and disposed between the insulating layers 112 , respectively. The sacrificial layers 112 may include, for example, first to sixth sacrificial layers 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, and 112f, but is not limited thereto. According to some embodiments, seven or more sacrificial layers 112 may be stacked on the substrate 100 .

기판(100)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 실리콘 단결정 기판, 게르마늄 단결정 기판 또는 실리콘-게르마늄 단결정 기판일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(100)은 SOI(Semiconductor on Insulator) 기판일 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 반도체 기판 상에 제공된 트랜지스터들을 보호하는 절연층 상에 배치된 반도체 층(예를 들면, 실리콘층, 실리콘-게르마늄층, 또는 게르마늄층)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 제 1 도전형(예를 들면, P형)의 반도체 기판일 수 있다. The substrate 100 may include a semiconductor material. For example, the substrate 100 may be a silicon single crystal substrate, a germanium single crystal substrate, or a silicon-germanium single crystal substrate. According to some embodiments, the substrate 100 may be a semiconductor on insulator (SOI) substrate. For example, the substrate 100 may include a semiconductor layer (eg, a silicon layer, a silicon-germanium layer, or a germanium layer) disposed on an insulating layer that protects transistors provided on the semiconductor substrate. The substrate 100 may be a semiconductor substrate of the first conductivity type (eg, P-type).

희생막들(112)은 절연막들(110)에 대해 식각 선택성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 희생막들(112)은 절연막들(110)에 비해 케미컬 용액을 이용한 습식 식각 공정에서의 높은 식각 선택비를 가질 수 있다. 예를 들면, 절연막들(110)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있고, 희생막들(112)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 카바이드, 실리콘, 또는 실리콘 게르마늄 중에서 선택된 것으로, 절연막들(110)에 대해 식각 선택비가 있는 물질일 수 있다. 예를 들면, 절연막들(110)은 실리콘 산화막이고 희생막들(112)은 실리콘 질화막일 수 있다.The sacrificial layers 112 may be formed of a material having etch selectivity with respect to the insulating layers 110 . For example, the sacrificial layers 112 may have higher etch selectivity compared to the insulating layers 110 in a wet etching process using a chemical solution. For example, the insulating layers 110 may be a silicon oxide layer or a silicon nitride layer, and the sacrificial layers 112 are selected from a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, silicon carbide, silicon, or silicon germanium. It may be a material having an etch selectivity with respect to the etchant. For example, the insulating layers 110 may be silicon oxide layers and the sacrificial layers 112 may be silicon nitride layers.

희생막들(112)은 열적 화학기상 증착(Thermal CVD) 공정, 플라즈마 인핸스드 화학기상 증착(Plasma enhanced CVD) 공정, 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 내지 제6 희생막들(112a 내지 112f)은 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 절연막들(112)은 열 산화 공정, 열적 화학기상 증착(Thermal CVD) 공정, 플라즈마 인핸스드 화학기상 증착(Plasma enhanced CVD) 공정, 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정을 이용하여 형성될 수 있다.The sacrificial layers 112 may be formed using a thermal CVD process, a plasma enhanced CVD process, or an atomic layer deposition (ALD) process. The first to sixth sacrificial layers 112a to 112f may have substantially the same thickness. The insulating layers 112 may be formed using a thermal oxidation process, a thermal chemical vapor deposition process, a plasma enhanced CVD process, or an atomic layer deposition (ALD) process. can

일부 실시예들에 따르면, 절연막들(110)의 일부는 두께가 다를 수 있다. 예를 들면, 기판(100)과 접하는 제1 절연막(110a)은 제2 내지 제7 절연막들(110a 내지 110f)에 비해 얇게 형성될 수 있다. 제2 절연막(110b), 제7 절연막(110g), 및 제 6 절연막(110f)은 제 3 내지 제 5 절연막들(110c, 110d, 110e) 또는 희생막들(112)에 비해 두껍게 형성될 수 있다. According to some embodiments, some of the insulating layers 110 may have different thicknesses. For example, the first insulating layer 110a in contact with the substrate 100 may be formed thinner than the second to seventh insulating layers 110a to 110f. The second insulating layer 110b, the seventh insulating layer 110g, and the sixth insulating layer 110f may be formed to be thicker than the third to fifth insulating layers 110c, 110d, and 110e or the sacrificial layers 112. .

도 7을 참조하면, 몰딩 구조체(10)를 관통하여 기판(100)을 노출시키는 채널 홀들(120)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7 , channel holes 120 penetrating through the molding structure 10 and exposing the substrate 100 may be formed.

채널 홀들(120)은 몰딩 구조체(10)를 이방성 식각하여 형성될 수 있다. 채널 홀들(120)은 도 1에 도시된 수직 채널 구조체들(200)과 같이 2차원적으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 각각 제2 방향(D2)으로 열을 이루는 4 열로 배열된 채널 홀들(120)이 각각의 그룹을 이루고, 이러한 그룹들이 서로 제1 방향(D1)으로 이격되어 배열될 수 있다. 채널 홀들(120)은 4열로 배열될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 4 열 이하 또는 4 열 이상으로 배열될 수 있다. 채널 홀들(120) 형성 시, 기판(100)이 과식각되어 리세스될 수 있다. The channel holes 120 may be formed by anisotropically etching the molding structure 10 . The channel holes 120 may be two-dimensionally arranged like the vertical channel structures 200 shown in FIG. 1 . For example, the channel holes 120 arranged in four columns each forming a column in the second direction D2 may form a group, and these groups may be arranged to be spaced apart from each other in the first direction D1 . The channel holes 120 may be arranged in 4 rows, but is not limited thereto, and may be arranged in 4 or less rows or 4 or more rows. When the channel holes 120 are formed, the substrate 100 may be over-etched and recessed.

도 8 및 도 9을 참조하면, 기판(100) 상에 몰딩 구조체(10)를 관통하며, 기판(100)에 수직한 제3 방향(D3)으로 신장되는 수직 채널 구조체들(200)을 형성할 수 있다. 수직 채널 구조체들(200)의 각각은 채널 홀들(120)의 각각을 채우며, 기판(100) 내로 연장될 수 있다. 수직 채널 구조체들(200)의 각각은 반도체 패턴(126) 및 정보 저장 패턴(130), 수직 채널 패턴(140), 및 매립 절연 패턴(144)을 포함할 수 있다. 8 and 9 , vertical channel structures 200 passing through the molding structure 10 on the substrate 100 and extending in the third direction D3 perpendicular to the substrate 100 are formed. can Each of the vertical channel structures 200 may fill each of the channel holes 120 and extend into the substrate 100 . Each of the vertical channel structures 200 may include a semiconductor pattern 126 , an information storage pattern 130 , a vertical channel pattern 140 , and a buried insulating pattern 144 .

반도체 패턴(126)은 리세스된 기판(100)을 채우며, 기판(100) 위로 필라 형태로 수직하게 돌출되도록 형성될 수 있다. 반도체 패턴(126)은 채널 홀들(120)의 각각의 하부를 채울 수 있다. 예를 들면, 반도체 패턴(126)의 각각은 몰딩 구조체(10)의 제1 절연막(110a)의 측면과 제1 희생막(112a)의 측면과 접하며, 제2 절연막(110b)의 일부 측면과 접하도록 기판(100) 위로 돌출될 수 있다. 반도체 패턴(126)의 상면은 제2 절연막(110b의 상면 보다 낮을 수 있다. 반도체 패턴(126)은 예를 들면, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘게르마늄(SiGe), III-V족 화합물, 및/또는 II-VI족 화합물을 포함할 수 있다. 반도체 패턴(126)은 선택적 에피택셜 성장(SEG)에 의해 형성될 수 있다. 반도체 패턴(126)은 기판(100)과 동일한 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반도체 패턴(126)이 선택적 에피택셜 성장으로 형성될 시에 인시츄(in-situ)로 불순물이 도핑될 수 있다. 이와 달리, 반도체 패턴(126)에 불순물이 이온 주입될 수 있다.The semiconductor pattern 126 may fill the recessed substrate 100 and may be formed to vertically protrude above the substrate 100 in a pillar shape. The semiconductor pattern 126 may fill the lower portions of each of the channel holes 120 . For example, each of the semiconductor patterns 126 is in contact with a side surface of the first insulating layer 110a and a side surface of the first sacrificial layer 112a of the molding structure 10 , and is in contact with a side surface of the second insulating layer 110b. so as to protrude above the substrate 100 . A top surface of the semiconductor pattern 126 may be lower than a top surface of the second insulating layer 110b. The semiconductor pattern 126 may be, for example, silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), or group III-V. compound, and/or a group II-VI compound. The semiconductor pattern 126 may be formed by selective epitaxial growth (SEG). The semiconductor pattern 126 may include impurities of the same conductivity type as that of the substrate 100 . For example, when the semiconductor pattern 126 is formed by selective epitaxial growth, impurities may be doped in-situ. Alternatively, impurities may be ion-implanted into the semiconductor pattern 126 .

이어서, 기판(100) 상에 몰딩 구조체(10)을 관통하는 정보 저장 패턴(130)과 수직 채널 패턴(140) 및 매립 절연 패턴(144)을 반도체 패턴(126) 상에 형성할 수 있다.Subsequently, the information storage pattern 130 passing through the molding structure 10 , the vertical channel pattern 140 , and the buried insulating pattern 144 may be formed on the semiconductor pattern 126 on the substrate 100 .

정보 저장 패턴(130)은 채널 홀들(120)의 각각의 내벽을 덮을 수 있다, 예를 들면, 정보 저장 패턴(130)은 채널 홀들(120)의 각각의 내벽에 스페이서 형태로 형성될 수 있다. 정보 저장 패턴(130)은 상단 및 하단이 오픈된(opened) 형태일 수 있다. 정보 저장 패턴(130)은 몰딩 구조체(10)의 절연막들(110) 및 희생막들(112)과 접할 수 있다. 정보 저장 패턴(130)은 데이터를 저장할 수 있는 박막을 포함할 수 있다. 예들 들면, 정보 저장 패턴(130)은 파울러-노던하임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)을 이용하여 데이터를 저장할 수 있는 박막을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 따르면, 정보 저장 패턴(130)은 다른 동작 원리에 기초하여 데이터를 저장하는 것이 가능한 박막(예를 들면, 상변화 메모리 장치를 위한 박막 또는 가변저항 메모리 장치를 위한 박막)을 포함할 수 있다. 정보 저장 패턴(130)은 복수의 박막들로 형성될 수 있다. The information storage pattern 130 may cover the inner wall of each of the channel holes 120 . For example, the information storage pattern 130 may be formed in the form of a spacer on the inner wall of each of the channel holes 120 . The information storage pattern 130 may have an open top and an open bottom. The information storage pattern 130 may contact the insulating layers 110 and the sacrificial layers 112 of the molding structure 10 . The information storage pattern 130 may include a thin film capable of storing data. For example, the information storage pattern 130 may include a thin film capable of storing data using Fowler-Nordheim tunneling, but is not limited thereto. According to some embodiments, the information storage pattern 130 includes a thin film (eg, a thin film for a phase change memory device or a thin film for a variable resistance memory device) capable of storing data based on a different operating principle. can do. The information storage pattern 130 may be formed of a plurality of thin films.

정보 저장 패턴(130)은 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 블로킹 절연막(132), 전하 저장막(134) 및 터널 절연막(136)을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132), 전하 저장막(134) 및 터널 절연막(136)은 채널 홀들(120)의 각각의 내벽 상에 차례로 형성될 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막 및/또는 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 단일 막 또는 복수의 박막들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막을 포함하는 단일막으로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 실리콘 산화막, 알루미늄 산화막 및/또는 하프늄 산화막을 포함하는 복수의 박막들로 형성될 수 있다.The information storage pattern 130 may include, for example, a first blocking insulating layer 132 , a charge storage layer 134 , and a tunnel insulating layer 136 as shown in FIG. 9 . The first blocking insulating layer 132 , the charge storage layer 134 , and the tunnel insulating layer 136 may be sequentially formed on inner walls of each of the channel holes 120 . The first blocking insulating layer 132 may include a silicon oxide layer and/or a high-k layer (eg, an aluminum oxide layer or a hafnium oxide layer). The first blocking insulating layer 132 may be formed of a single layer or a plurality of thin films. According to some embodiments, the first blocking insulating layer 132 may be formed of a single layer including a silicon oxide layer. According to other embodiments, it may be formed of a plurality of thin films including a silicon oxide film, an aluminum oxide film, and/or a hafnium oxide film.

전하 저장막(134)은 트랩 절연막 또는 도전성 나노 입자들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막일 수 있다. 트랩 절연막은 예를 들면, 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132) 및 전하 저장막(134)은 플라즈마 인핸스드 화학기상 증착(Plasma enhanced CVD) 공정 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. The charge storage layer 134 may be a trap insulating layer or an insulating layer including conductive nano dots. The trap insulating layer may include, for example, a silicon nitride layer. The first blocking insulating layer 132 and the charge storage layer 134 may be formed using a plasma enhanced CVD process or an atomic layer deposition (ALD) process.

터널 절연막(136)은 수직 채널 패턴(140)과 접할 수 있다. 터널 절연막(136)은 예를 들면, 실리콘 산화막일 수 있다. 터널 절연막(136)은 플라즈마 인핸스드 화학기상 증착(Plasma enhanced CVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정, 또는 열산화 공정을 이용하여 형성될 수 있다. The tunnel insulating layer 136 may be in contact with the vertical channel pattern 140 . The tunnel insulating layer 136 may be, for example, a silicon oxide layer. The tunnel insulating layer 136 may be formed using a plasma enhanced CVD process, an atomic layer deposition (ALD) process, or a thermal oxidation process.

수직 채널 패턴(140)은 반도체 패턴(126)과 연결되며, 정보 저장 패턴(130)과 접하도록 형성될 수 있다. 수직 채널 패턴(140)은 채널 홀들(120) 각각의 내부에서 라이너 형태로 컨포멀하게 형성되어 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 채널 패턴(140)은 상단이 오픈되고(opened) 속이 빈 마카로니 형태일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 수직 채널 패턴(140)은 상단 및 하단이 오프된 형태일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 수직 채널 패턴(140)은 매립 절연 패턴(144) 없이 채널 홀들(120)의 각각을 채운 원기둥 형태일 수 있다. 수직 채널 패턴(140)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 수직 채널 패턴(140)은 다결정 반도체 물질, 비정질 반도체 물질, 또는 단결정 반도체 물질 을 포함할수 있다. 수직 채널 패턴(140)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘게르마늄(SiGe), III-V족 화합물, 및/또는 II-VI족 화합물을 포함할 수 있다. 수직 채널 패턴(140)은 불순물이 포함되지 않은 언도프트된 반도체 물질이거나, 기판(100)의 도전형과 동일한 불순물을 포함한 반도체 물질일 수 있다. 수직 채널 패턴(140)은 원자층 증착(ALD) 공정, 화학기상 증착(CVD) 공정, 또는 에피텍셜 성장을 이용하여 형성될 수 있다. The vertical channel pattern 140 may be connected to the semiconductor pattern 126 and may be formed in contact with the information storage pattern 130 . The vertical channel pattern 140 may be conformally formed in a liner shape inside each of the channel holes 120 to extend in the third direction D3 . The vertical channel pattern 140 may have an open top and a hollow macaroni shape. According to some embodiments, the vertical channel pattern 140 may have an upper end and a lower end turned off. According to some embodiments, the vertical channel pattern 140 may have a cylindrical shape filling each of the channel holes 120 without the buried insulating pattern 144 . The vertical channel pattern 140 may include a semiconductor material. For example, the vertical channel pattern 140 may include a polycrystalline semiconductor material, an amorphous semiconductor material, or a single crystal semiconductor material. The vertical channel pattern 140 may include silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), a group III-V compound, and/or a group II-VI compound. The vertical channel pattern 140 may be an undoped semiconductor material that does not include impurities or a semiconductor material that includes impurities having the same conductivity type as that of the substrate 100 . The vertical channel pattern 140 may be formed using an atomic layer deposition (ALD) process, a chemical vapor deposition (CVD) process, or an epitaxial growth process.

매립 절연 패턴(144)은 수직 채널 패턴(140)이 형성된 채널 홀들(120)의 각각의 내부를 채우도록 형성될 수 있다. 매립 절연 패턴(144)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 매립 절연 패턴(144)을 형성하기 이전에 수소 어닐링 공정을 더 진행하여 수직 채널 패턴(140)에 존재할 수 있는 결정 결함들을 치유할 수 있다. The filling insulation pattern 144 may be formed to fill the inside of each of the channel holes 120 in which the vertical channel pattern 140 is formed. The buried insulating pattern 144 may include a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. Crystal defects that may exist in the vertical channel pattern 140 may be healed by further performing a hydrogen annealing process before forming the buried insulating pattern 144 .

수직 채널 구조체들(200)의 각각의 상단에 도전 패드들(128)의 각각을 형성할 수 있다. 예를 들면, 도전 패드들(128)의 각각은 수직 채널 구조체들(200)의 각각의 수직 채널 패턴(140)과 매립 절연막(144)의 상부를 리세스하고, 리세스된 영역 내에 도전 물질을 채워서 형성될 수 있다. 도전 패드들(128)의 각각은 예를 들면, 폴리 실리콘 또는 아몰포스 실리콘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도전 패드들(128)의 각각은 수직 채널 패턴(140)에 불순물을 주입하여 형성될 수 있다. Each of the conductive pads 128 may be formed on top of each of the vertical channel structures 200 . For example, each of the conductive pads 128 recesses an upper portion of each of the vertical channel pattern 140 and the buried insulating layer 144 of the vertical channel structures 200 , and deposits a conductive material in the recessed region. It can be formed by filling. Each of the conductive pads 128 may include, for example, polysilicon or amorphous silicon. According to some embodiments, each of the conductive pads 128 may be formed by implanting impurities into the vertical channel pattern 140 .

캡핑 절연막(152)이 도전 패드들(128)을 덮도록 제7 절연막(110g) 상에 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(152)은 예를 들면, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. A capping insulating layer 152 may be formed on the seventh insulating layer 110g to cover the conductive pads 128 . The capping insulating layer 152 may include, for example, silicon oxide.

도 10을 참조하면, 캡핑막(152) 및 몰딩 구조체(10)를 패터닝하여 수직 채널 구조체들(200) 사이에 기판(100)을 노출시키는 트렌치(154), 및 트렌치(154)에 노출된 기판(100) 내에 공통 소오스 영역(158)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 트렌치(154)는 캡핑막(152)과 몰딩 구조체(10)를 이방성 식각하여 형성할 수 있다. 이에 따라, 몰딩 구조체 패턴(20)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 트렌치(154)는 도 1에 도시된 바와 같이 제2 방향(D2)으로 각각 열을 이루는 4열의 수직 채널 구조체들(200)을 각각 포함하는 수직 채널 구조체 그룹들을 제1 방향(D1)에서 분리할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 트렌치(154)는 4 열 이하 또는 4열 이상의 수직 채널 구조체들(200)을 각각 포함하는 수직 채널 구조체 그룹들을 제1 방향(D1)에서 분리할 수 있다. 트렌치(154)는 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 트렌치(154)에 의해 반도체 패턴들(126)은 제1 반도체 패턴(126-1) 및 제2 반도체 패턴(126-2)으로 구분될 수 있다. 제1 방향(D1)에서 제1 반도체 패턴(126-1)은 트렌치(154)에 수평적으로 상대적으로 근접하게 배치된 패턴이고, 제2 반도체 패턴(126-2)은 트렌치(154)로부터 수평적으로 상대적으로 멀게 배치된 패턴일 수 있다. 예를 들면, 제1 방향(D1)에서 제1 반도체 패턴(126-1)과 트렌치(154) 사이의 이격 거리(SL1)는 제2 반도체 패턴(126-2)과 트렌치(154) 사이의 이격 거리(SL2)보다 짧을 수 있다. 수직 채널 패턴들(140)도 제1 수직 채널 패턴(140-1) 및 제2 수직 채널 패턴(140-2)로 구분될 수 있다. 제1 수직 채널 패턴(140-1)은 제1 반도체 패턴(126-1)과 연결되고, 제2 수직 패널 패턴(140-2)은 제2 반도체 패턴(126-2)과 연결될 수 있다.Referring to FIG. 10 , a trench 154 exposing the substrate 100 between the vertical channel structures 200 by patterning the capping layer 152 and the molding structure 10 , and the substrate exposed to the trench 154 . A common source region 158 may be formed in 100 . For example, the trench 154 may be formed by anisotropically etching the capping layer 152 and the molding structure 10 . Accordingly, the molding structure pattern 20 may be formed. For example, as shown in FIG. 1 , the trench 154 includes vertical channel structure groups each including four columns of vertical channel structures 200 each forming a column in the second direction D2 in the first direction D1 . ) can be separated from According to some embodiments, the trench 154 may separate vertical channel structure groups each including four or less or four or more columns of vertical channel structures 200 in the first direction D1 . The trench 154 may extend in the second direction D2 . The semiconductor patterns 126 may be divided into a first semiconductor pattern 126 - 1 and a second semiconductor pattern 126 - 2 by the trench 154 . In the first direction D1 , the first semiconductor pattern 126 - 1 is horizontally and relatively close to the trench 154 , and the second semiconductor pattern 126 - 2 is horizontally from the trench 154 . It may be a pattern arranged relatively far away from each other. For example, the separation distance SL1 between the first semiconductor pattern 126 - 1 and the trench 154 in the first direction D1 is the spacing between the second semiconductor pattern 126 - 2 and the trench 154 . It may be shorter than the distance SL2. The vertical channel patterns 140 may also be divided into a first vertical channel pattern 140 - 1 and a second vertical channel pattern 140 - 2 . The first vertical channel pattern 140 - 1 may be connected to the first semiconductor pattern 126 - 1 , and the second vertical panel pattern 140 - 2 may be connected to the second semiconductor pattern 126 - 2 .

공통 소오스 영역(158)은 트렌치(154)에 노출된 기판(100)에 아세닉(As), 또는 인(P)과 같은 N 형의 불순물을 이온 주입하여 형성될 수 있다. The common source region 158 may be formed by ion-implanting an N-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) into the substrate 100 exposed through the trench 154 .

도 11 내지 도 13을 참조하면, 몰딩 구조체 패턴(20)에 제1 개구 영역들(160)을 형성할 수 있다. 트렌치(154)에 노출된 희생막들(112)의 일부를 제거하여, 절연막들(110) 사이에 제1 개구 영역들(160)을 형성할 수 있다. 수직 채널 구조체들(200) 사이의 영역에 희생막 패턴들(112PP)이 남을 수 있다. 예를 들면, 희생막들(112)이 실리콘 질화막이고, 절연막들(110)이 실리콘 산화막인 경우, 인산을 포함하는 식각액을 사용하여 희생막들(112)의 일부를 등방성 식각하여 제1 개구 영역들(160)이 형성될 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 트렌치(154)로부터 수평 거리(ED)로 이격된 희생막 패턴들(112PP)이 형성될 수 있다. 희생막 패턴들(112PP)은 수직 채널 구조체들(200) 사이에 배치되며 트렌치(154)로부터 먼 수직 채널 구조체들(200)의 일부 측벽들을 덮을 수 있다. 제1 개구부 영역들(160)은 트렌치(154)에 근접한 수직 채널 구조체들(200)의 각각의 일부 측벽들을 제1 및 제2 방향(D1, D2)에서 완전히 노출할 수 있다. 제1 개구부 영역들(160)은 트렌치(154)로부터 먼 수직 채널 구조체들(200)의 각각의 일부 측벽들 중 트렌치(154)에 근접한 일부 측벽들을 노출할 수 있다. 예를 들면, 트렌치(154)에 가까운 수직 채널 구조체들(200)은 도 1에 도시된 제1 열(①)의 제1 수직 구조체들(200a) 및 제4 열(④)의 제4 수직 구조체들(200d)이고, 트렌치(154)에서 먼 수직 채널 구조체들(200)은 제2 열(②)의 제2 수직 구조체들(200a) 및 제3 열(③)의 제3 수직 구조체들(200d)일 수 있다. 11 to 13 , first opening regions 160 may be formed in the molding structure pattern 20 . A portion of the sacrificial layers 112 exposed in the trench 154 may be removed to form first opening regions 160 between the insulating layers 110 . Sacrificial layer patterns 112PP may remain in a region between the vertical channel structures 200 . For example, when the sacrificial layers 112 are silicon nitride layers and the insulating layers 110 are silicon oxide layers, a portion of the sacrificial layers 112 is isotropically etched using an etchant containing phosphoric acid to form a first opening region. Fields 160 may be formed, and sacrificial layer patterns 112PP spaced apart from the trench 154 by a horizontal distance ED may be formed as shown in FIG. 12 . The sacrificial layer patterns 112PP are disposed between the vertical channel structures 200 and may cover some sidewalls of the vertical channel structures 200 distant from the trench 154 . The first opening regions 160 may completely expose some sidewalls of each of the vertical channel structures 200 adjacent to the trench 154 in the first and second directions D1 and D2 . The first opening regions 160 may expose some sidewalls adjacent to the trench 154 among some sidewalls of each of the vertical channel structures 200 distal from the trench 154 . For example, the vertical channel structures 200 close to the trench 154 are the first vertical structures 200a in the first column (①) and the fourth vertical structure in the fourth column (④) shown in FIG. 1 . The vertical channel structures 200 far from the trench 154 are the second vertical structures 200a in the second row (②) and the third vertical structures 200d in the third row (③). ) can be

제1 반도체 패턴(126-1)의 측벽들은 제1 개구 영역들(160)에 의해 완전히 노출되며, 제2 반도체 패턴(126-2)의 측벽들의 일부가 노출될 수 있다. 제1 개구부 영역들(160)에 노출된 반도체 패턴들(126)의 측벽들이 식각되어 리세스될 수 있다. 이 때, 절연막들(110)도 일부 식각되어 그 것들의 두께가 얇아질 수 있다. 반도체 패턴들(126)의 측벽들 및 절연막들(110)은 등방성 식각 공정에 의해 식각될 수 있다. 예를 들면, 등방성 식각 공정은 SC1, 또는 암모니아 등을 이용한 습식 식각 공정일 수 있다. 절연막들(110)은 예를 들면, 제1 식각 두께(VT)만큼 제거될 수 있다. 반도체 패턴들(126)의 식각된 측벽들은 라운드된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체 패턴(126-1)의 측벽들 및 제2 반도체 패턴(126-2)의 일부 측벽들 상에 최대 식각 깊이(X1) 및 제1 높이(H1)를 가지는 리세스 영역들(RA)이 형성될 수 있다. Sidewalls of the first semiconductor pattern 126 - 1 may be completely exposed by the first opening regions 160 , and a portion of sidewalls of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be exposed. Sidewalls of the semiconductor patterns 126 exposed in the first opening regions 160 may be etched and recessed. At this time, the insulating layers 110 may also be partially etched to reduce their thickness. The sidewalls of the semiconductor patterns 126 and the insulating layers 110 may be etched by an isotropic etching process. For example, the isotropic etching process may be a wet etching process using SC1 or ammonia. The insulating layers 110 may be removed by, for example, the first etch thickness VT. The etched sidewalls of the semiconductor patterns 126 may have a rounded shape. For example, a recess region having a maximum etch depth X1 and a first height H1 on sidewalls of the first semiconductor pattern 126 - 1 and some sidewalls of the second semiconductor pattern 126 - 2 . RA may be formed.

도 14 내지 도 16을 참조하면, 희생막 패턴들(112PP)를 제거하여 제2 개구부 영역들(162)을 형성할 수 있다. 희생막 패턴들(112PP)은 제1 개구부 영역들(160)을 형성하기 위한 희생막 패턴들(112)의 식각 공정과 동일한 공정으로 제거되어 제2 개구부 영역들(162)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 인산을 포함한 식각액을 사용한 등방성 식각으로 희생막 패턴들(112PP)이 제거될 수 있다. 제1 및 제2 개구부 영역들(160, 162)은 제1 및 제2 방향(D1, D2)으로 연장되며 수직 채널 구조체들(200)의 각각의 일부 측벽들을 완전히 노출시킬 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 개구부 영역들(160, 162)에 의해 수직 채널 구조체들(200)의 각각의 정보 저장 패턴(130)의 제1 블로킹 절연막(도 9의 132)의 일부 측벽들 및 제2 반도체 패턴(126-2)의 일부 측벽들이 노출될 수 있다. 14 to 16 , second opening regions 162 may be formed by removing the sacrificial layer patterns 112PP. The sacrificial layer patterns 112PP may be removed in the same process as the etching process of the sacrificial layer patterns 112 for forming the first opening regions 160 to form the second opening regions 162 . For example, the sacrificial layer patterns 112PP may be removed by isotropic etching using an etchant including phosphoric acid. The first and second opening regions 160 and 162 extend in the first and second directions D1 and D2 and may completely expose some sidewalls of each of the vertical channel structures 200 . For example, some sidewalls of the first blocking insulating layer ( 132 of FIG. 9 ) of each information storage pattern 130 of the vertical channel structures 200 by the first and second opening regions 160 and 162 . And some sidewalls of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be exposed.

제2 개구부 영역들(162)에 노출된 제2 반도체 패턴(126-2)의 측벽이 리세스될 수 있다. 예를 들면, 제2 개구부 영역들(162)에 노출된 제2 반도체 패턴(126-2)의 측벽은 최대 리세스 깊이(X2)로 등방성 식각될 수 있다. 등방성 식각은 예를 들어, SC1, 또는 암모니아 등을 이용한 습식 식각 공정에 의해 식각될 수 있다. 이 때, 제1 개구부 영역들(160)에 노출된 제1 반도체 패턴(126-1)의 식각된 측벽들과 제2 반도체 패턴(126-2)의 식각된 측벽도 X2 깊이 만큼 더 리세스될 수 있다. 이에 따라, 반도체 패턴들(126)의 각각은 제1 리세스 측벽(126a1) 및 제2 리세스 측벽(126a2)이 형성될 수 있다. 반도체 패턴들(126) 각각의 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2)은 라운드진 형상을 가질 수 있다. A sidewall of the second semiconductor pattern 126 - 2 exposed to the second opening regions 162 may be recessed. For example, the sidewall of the second semiconductor pattern 126 - 2 exposed to the second opening regions 162 may be isotropically etched to a maximum recess depth X2. The isotropic etching may be performed by, for example, a wet etching process using SC1 or ammonia. At this time, the etched sidewalls of the first semiconductor pattern 126 - 1 exposed to the first opening regions 160 and the etched sidewalls of the second semiconductor pattern 126 - 2 are also to be further recessed by a depth X2 . can Accordingly, a first recess sidewall 126a1 and a second recess sidewall 126a2 may be formed in each of the semiconductor patterns 126 . The first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 of each of the semiconductor patterns 126 may have a rounded shape.

도 16을 참조하면, 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2)은 실질적으로 동일한 최대 리세스 깊이(X3)를 가질 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 리세스 측벽(126a1)은 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 및 제2 측벽들(126a1, 126a2)과 실질적으로 동일한 최대 리세스 깊이(X3)을 가질 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 제2 리세스 측벽(126a2)은 제1 측벽(126a1)보다 작은 최대 리세스 깊이(X2)를 가질 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2))의 최대 리세스 깊이들(X2, X3) 간의 차이는 약 10Å 내지 약 60Å일 수 있다.Referring to FIG. 16 , the first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 of the first semiconductor pattern 126 - 1 may have substantially the same maximum recess depth X3 . The first recess sidewall 126a1 of the second semiconductor pattern 126-2 has a maximum recess depth substantially equal to the first and second sidewalls 126a1 and 126a2 of the first semiconductor pattern 126-1. X3) may have. The second recess sidewall 126a2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may have a smaller maximum recess depth X2 than the first sidewall 126a1 . For example, the difference between the maximum recess depths X2 and X3 of the first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be about 10 Å to about 60 Å. have.

제1 반도체 패턴(126-1)의 최소 폭(W1)은 제2 반도체 패턴(126-2)의 최소 폭(W2)보다 작을 수 있다. 제1 반도체 패턴(126-1)의 최소 폭(W1)은 최대 리세스 깊이(X3)로 리세스된 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2) 사이의 폭일 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 최소 폭(W2)은 최대 리세스 깊이들(X3, X2)로 리세스된 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2) 사이의 폭일 수 있다.The minimum width W1 of the first semiconductor pattern 126 - 1 may be smaller than the minimum width W2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 . The minimum width W1 of the first semiconductor pattern 126 - 1 may be a width between the first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 recessed to the maximum recess depth X3 . The minimum width W2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may be a width between the first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 recessed to the maximum recess depths X3 and X2 .

제1 및 제2 반도체 패턴들(126-1, 126-2)의 각각의 상부 측벽들(126b) 사이에서 최대폭을 가질 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패턴들(126-1, 126-2)의 각각의 상부 측벽들(126b)은 제2 절연막(110b)와 접할 수 있다. 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 및 제2 리세스 측벽들(126a1, 126a2)은 실질적으로 동일한 높이(H3)를 가질 수 있다. 제2 반도체 패턴(126-2)의 제1 리세스 측벽(126a1)은 제1 반도체 패턴(126-1)의 제1 및 제2 측벽들(126a1, 126a2)과 실질적으로 동일한 높이(H3)을 가지며, 제2 반도체 패턴(126-2)의 제2 리세스 측벽(126a2)은 제1 측벽(126a1)보다 작은 높이(H2)를 가질 수 있다. It may have a maximum width between the upper sidewalls 126b of each of the first and second semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 . The upper sidewalls 126b of each of the first and second semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 may contact the second insulating layer 110b. The first and second recess sidewalls 126a1 and 126a2 of the first semiconductor pattern 126 - 1 may have substantially the same height H3 . The first recess sidewall 126a1 of the second semiconductor pattern 126-2 has a height H3 substantially equal to that of the first and second sidewalls 126a1 and 126a2 of the first semiconductor pattern 126-1. and the second recess sidewall 126a2 of the second semiconductor pattern 126 - 2 may have a height H2 smaller than that of the first sidewall 126a1 .

결과적으로, 도 15에 도시된 바와 같이 제2 방향(D2)에서 서로 인접한 제1 및 제2 반도체 패턴들(126-1, 126-2)의 상부 측벽들(126b)은 적어도 제1 거리(HD1)로 서로 이격되나, 반도체 패턴들(126-1, 126-2)의 리세스 측벽들(126a)은 적어도 제1 거리(HD1)보다 큰 제2 거리(HD2)로 서로 이격될 수 있다. 제2 방향(D2)에서 서로 인접한 제2 반도체 패턴들(126-2)의 리세스 측벽들(126a)은 적어도 제3 거리(HD3)로 서로 이격될 수 있다. 따라서, 제2 방향(D2)에서 서로 인접한 제1 및 제2 반도체 패턴들(126-1, 126-2) 사이의 제1 개구부 영역(160)은 적어도 제1 거리(HD1)의 폭 보다 큰 제2 거리(HD2)의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 제2 방향(D2)에서 서로 인접한 제2 반도체 패턴들(126-2)의 리세스 측벽들126a) 사이에서 제2 개구부 영역(162)은 적어도 제3 거리(HD3)의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 제2 거리(HD2)는 제3 거리(HD3)보다 클 수 있으나 이에 한정되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 거리(HD2)는 제3 거리(HD3)와 실질적으로 동일할 수 있다.As a result, as shown in FIG. 15 , the upper sidewalls 126b of the first and second semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 adjacent to each other in the second direction D2 are at least a first distance HD1 . ), the recess sidewalls 126a of the semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 may be spaced apart from each other by at least a second distance HD2 greater than the first distance HD1 . The recess sidewalls 126a of the second semiconductor patterns 126 - 2 adjacent to each other in the second direction D2 may be spaced apart from each other by at least a third distance HD3 . Accordingly, the first opening region 160 between the first and second semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 adjacent to each other in the second direction D2 is at least a second width greater than the first distance HD1 . It may be formed to have a width of 2 distances HD2. The second opening region 162 between the recess sidewalls 126a of the second semiconductor patterns 126 - 2 adjacent to each other in the second direction D2 may be formed to have a width of at least the third distance HD3. have. The second distance HD2 may be greater than the third distance HD3 , but may not be limited thereto. According to some embodiments, the second distance HD2 may be substantially equal to the third distance HD3 .

반도체 패턴들(126)이 리세스될 때, 제1 및 제2 개구부 영역들(160, 162)에 노출된 절연막들(110)도 더 식각될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 절연막들(110)은 식각되지 않을 수 있다. 결과적으로, 절연막들(110)의 각각은 트렌치(154)에 근접한 영역보다 수직 채널 구조체들(200) 사이의 영역에서 큰 두께를 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 개구부 영역들(160, 162)의 수직적 폭은 더 확장될 수 있다When the semiconductor patterns 126 are recessed, the insulating layers 110 exposed in the first and second opening regions 160 and 162 may also be further etched, but is not limited thereto. According to some embodiments, the insulating layers 110 may not be etched. As a result, each of the insulating layers 110 may have a greater thickness in the region between the vertical channel structures 200 than in the region adjacent to the trench 154 . Accordingly, the vertical widths of the first and second opening regions 160 and 162 may be further expanded.

도 17을 참조하면, 반도체 패턴들(126)의 리세스 측벽들(126a) 상에 게이트 산화막(164)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 게이트 산화막(164)은 열 산화 공정에 의해 형성될 수 있다. 게이트 산화막(164)은 접지 선택 트랜지스터의 게이트 산화막으로 활용될 수 있다. Referring to FIG. 17 , a gate oxide layer 164 may be formed on the recess sidewalls 126a of the semiconductor patterns 126 . For example, the gate oxide layer 164 may be formed by a thermal oxidation process. The gate oxide layer 164 may be used as a gate oxide layer of the ground selection transistor.

제1 및 제2 개구 영역들(160, 162)을 채우도록 제2 블로킹 절연막(168)과 게이트 도전막(171)이 형성될 수 있다. 제2 블로킹 절연막(168)은 제1 및 제2 개구 영역들(160)의 내벽을 컨포멀하게 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 블로킹 절연막(168)은 절연막들(110) 각각의 상면 및 하면과 접할 수 있다. 제2 블로킹 절연막(168)은 수직 채널 구조체들(200)의 측벽들과 접할 수 있다. 예를 들면, 제2 블로킹 절연막(168)은 제1 블로킹 절연막(도 9의 132)과 접할 수 있다. 또한, 제2 블로킹 절연막(168)은 반도체 패턴들(126) 상의 게이트 산화막들(164)과 접할 수 있다. 제2 블로킹 절연막(168)은 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 블로킹 절연막(168)은 형성되지 않고 생략될 수 있다.A second blocking insulating layer 168 and a gate conductive layer 171 may be formed to fill the first and second opening regions 160 and 162 . The second blocking insulating layer 168 may be formed to conformally cover inner walls of the first and second opening regions 160 . For example, the second blocking insulating layer 168 may be in contact with the top and bottom surfaces of the insulating layers 110 , respectively. The second blocking insulating layer 168 may contact sidewalls of the vertical channel structures 200 . For example, the second blocking insulating layer 168 may be in contact with the first blocking insulating layer 132 of FIG. 9 . Also, the second blocking insulating layer 168 may contact the gate oxide layers 164 on the semiconductor patterns 126 . The second blocking insulating layer 168 may include a high dielectric layer (eg, an aluminum oxide layer or a hafnium oxide layer). According to some embodiments, the second blocking insulating layer 168 is not formed and may be omitted.

게이트 도전막(171)은 제2 블로킹 절연막(168)이 형성된 제1 내지 제2 개구 영역들(160, 162)을 채우도록 형성될 수 있다. 게이트 도전막(171)은 화학기상 증착(CVD) 공정 또는 원자층 증착(ALD) 공정에 의해 형성될 수 있다, 게이트 도전막(171)이 수평적으로 증착되어 제1 및 제2 개구 영역들(160, 162)을 채울 수 있다. 도 15에 도시된 제2 방향(D2)에서 인접한 제1 및 제2 반도체 패턴들(126-1, 126-2) 사이에서 확장된 제2 거리(HD2)의 폭을 가지는 제1 개구 영역(160)에 의해 제2 개구부 영역(162) 내에 게이트 도전막(171)은 용이하게 증착될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 개구부 영역들(160, 162)은 게이트 도전막(171)으로 불량이 없이 채워질 수 있다. The gate conductive layer 171 may be formed to fill the first to second opening regions 160 and 162 in which the second blocking insulating layer 168 is formed. The gate conductive layer 171 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) process or an atomic layer deposition (ALD) process. The gate conductive layer 171 is horizontally deposited to form the first and second opening regions ( 160, 162) can be filled. The first opening region 160 having the width of the second distance HD2 extended between the first and second semiconductor patterns 126 - 1 and 126 - 2 adjacent in the second direction D2 shown in FIG. 15 . ), the gate conductive layer 171 may be easily deposited in the second opening region 162 . Accordingly, the first and second opening regions 160 and 162 may be filled with the gate conductive layer 171 without defects.

게이트 도전막(171)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 게이트 도전막(171)은 금속막, 금속 실리사이드막, 금속 질화막, 또는 이들의 조합막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속막은 니켈, 코발트, 플라티늄, 타타늄, 탄탈륨, 또는 텅스텐을 포함할 수 있다, 예를 들면, 금속 실리사이드막은 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 플라티늄 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드, 또는 텅스텐 실리사이드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 질화막은 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 탄탈륨 질화물을 포함할 수 있다.. The gate conductive layer 171 may include a metal. For example, the gate conductive layer 171 may include a metal layer, a metal silicide layer, a metal nitride layer, or a combination thereof. For example, the metal film may include nickel, cobalt, platinum, titanium, tantalum, or tungsten. For example, the metal silicide film may include nickel silicide, cobalt silicide, platinum silicide, titanium silicide, tantalum silicide, or tungsten silicide. may include. For example, the metal nitride layer may include titanium nitride, tungsten nitride, or tantalum nitride.

도 18을 참조하면, 게이트 전극들(172), 분리 절연막(178) 및 공통 소오스 플러그(180)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극들(172)은 게이트 도전막(171)을 등방성 식각하여 형성될 수 있다. 게이트 전극들(172)은 제3 방향(D3)에서 서로 분리되고, 제1 방향(D1)에서 트렌치(154)에 의해 서로 분리될 수 있다. 예를 들면, 수직으로 서로 분리된 제1 내지 제6 게이트 전극들(172a, 172b, 172c, 172d, 172e, 172f)이 형성될 수 있다. 게이트 전극들(172)의 각각은 트렌치(154)에 인접하여 절단된 제1 및 제2 단부들(172-TE1, 172-TE2)을 가질 수 있다. 게이트 전극들(172)의 각각의 두께는 위치에 따라 달라질 수 있다. 게이트 전극들(172)의 각각은 게이트 전극들(172)의 단부들(172-TE1, 172-TE2)에 인접하여 제1 두께(T1)를 가지고, 수직 채널 구조체들(200) 사이의 영역에서 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 게이트 전극들(172) 각각은 수직 채널 구조체들(200) 사이의 영역의 일부에서 제1 두께(T1)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 제2 두께(T2)보다 클 수 있다.Referring to FIG. 18 , the gate electrodes 172 , the isolation insulating layer 178 , and the common source plug 180 may be formed. For example, the gate electrodes 172 may be formed by isotropically etching the gate conductive layer 171 . The gate electrodes 172 may be separated from each other in the third direction D3 and may be separated from each other by the trench 154 in the first direction D1 . For example, first to sixth gate electrodes 172a, 172b, 172c, 172d, 172e, and 172f vertically separated from each other may be formed. Each of the gate electrodes 172 may have first and second ends 172 - TE1 and 172 - TE2 cut adjacent to the trench 154 . The thickness of each of the gate electrodes 172 may vary according to positions. Each of the gate electrodes 172 has a first thickness T1 adjacent to the ends 172 - TE1 and 172 - TE2 of the gate electrodes 172 , and in a region between the vertical channel structures 200 . It may have a second thickness T2. Each of the gate electrodes 172 may have a first thickness T1 in a portion of a region between the vertical channel structures 200 . The first thickness T1 may be greater than the second thickness T2 .

기판(100) 상에 제3 방향(D3)으로 교대로 반복 적층된 절연막들(110) 및 게이트 전극들(172)을 각각 포함하는 적층 구조체들(30)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 적층 구조체들(30)의 각각은 제1 내지 제 6게이트 전극들(172a, 192b, 172c, 172d, 172e, 172f)과 제1 내지 제7 절연막들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, 100g)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 적층 구조체들(30)은 제1 방향(D1)에서 트렌치(154)에 의해 서로 분리될 수 있다.Stacked structures 30 each including insulating layers 110 and gate electrodes 172 that are alternately repeatedly stacked in the third direction D3 may be formed on the substrate 100 . For example, each of the stacked structures 30 includes first to sixth gate electrodes 172a, 192b, 172c, 172d, 172e, and 172f and first to seventh insulating layers 110a, 110b, 110c, and 110d. , 110e, 110f, 100g) may be alternately stacked. The stacked structures 30 may be separated from each other by the trench 154 in the first direction D1 .

분리 절연막(178)은 트렌치(154) 내벽에 라이너 형태로 형성될 수 있다. 분리 절연막(178)은 게이트 전극들(172)의 단부들(172-TE1, 172-TE2)을 보호할 수 있다. 분리 절연막(178)은 질화막, 산화막, 또는 산질화막을 포함할 수 있다. The isolation insulating layer 178 may be formed in the form of a liner on the inner wall of the trench 154 . The isolation insulating layer 178 may protect the ends 172 - TE1 and 172 - TE2 of the gate electrodes 172 . The isolation insulating layer 178 may include a nitride layer, an oxide layer, or an oxynitride layer.

공통 소오스 플러그(180)는 분리 절연막(178)이 형성된 트렌치(154)를 채우도록 형성될 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 공통 소오스 영역(158)과 접속할 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 라인 형태로 제2 방향(D2)을 따라서 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 공통 소오스 플러그(180)는 복수개의 서로 이격된 아일랜드들로 제공될 수 있다. 이 경우, 다수의 공통 소오스 플러그들(180)이 제2 방향(D2)을 따라서 배치될 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 공통 소오스 플러그(180)는 예를 들면, 폴리 실리콘, 또는 금속(예를 들면, 텅스텐, 또는 구리)을 포함할 수 있다.The common source plug 180 may be formed to fill the trench 154 in which the isolation insulating layer 178 is formed. The common source plug 180 may be connected to the common source region 158 . The common source plug 180 may extend along the second direction D2 in the form of a line. According to some embodiments, the common source plug 180 may be provided as a plurality of islands spaced apart from each other. In this case, a plurality of common source plugs 180 may be disposed along the second direction D2 . The common source plug 180 may include a conductive material. The common source plug 180 may include, for example, polysilicon or a metal (eg, tungsten or copper).

도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 반도체 장치 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이다. 19 is a schematic block diagram illustrating a semiconductor device system including a semiconductor memory device according to example embodiments.

도 19를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 시스템(1000)은 반도체 저장 장치일 수 있다. 예를 들면, 메모리 카드, 또는 SSD(Solid State Drive)일 수 있다. 메모리 시스템(1000)은 하우징(1100) 내에 제어기(1200)와 메모리(1300)를 포함할 수 있다. 제어기(1200)와 메모리(1300)는 전기적인 신호를 교환할 수 있다. 예를 들면, 제어기(1200)의 명령(command)에 따라, 메모리(1300)와 제어기(1200)는 데이터(data)를 주고 받을 수 있다. 이에 따라, 메모리시스템(1000)은 메모리(1300)에 데이터를 저장하거나, 또는 메모리(1300)로부터 데이터를 외부로 출력할 수 있다. 메모리(1300)는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 19 , a memory system 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention may be a semiconductor storage device. For example, it may be a memory card or a solid state drive (SSD). The memory system 1000 may include a controller 1200 and a memory 1300 in a housing 1100 . The controller 1200 and the memory 1300 may exchange electrical signals. For example, according to a command of the controller 1200 , the memory 1300 and the controller 1200 may send and receive data. Accordingly, the memory system 1000 may store data in the memory 1300 or output data from the memory 1300 to the outside. The memory 1300 may include a semiconductor memory device according to example embodiments of the present invention.

도 20은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 전자 시스템의 일 예를 보여주는 블럭도이다. 20 is a block diagram illustrating an example of an electronic system including a semiconductor memory device according to exemplary embodiments of the present invention.

도 20을 참조하면, 전자 시스템(2000)은 제어기(2200), 기억 장치(2300) 및 입출력 장치(2400)를 포함할 수 있다. 제어기(2200), 기억 장치(2300), 및 입출력 장치(2400)는 버스(2100, bus)를 통하여 결합될 수 있다. 버스(2100)는 데이터들이 이동하는 통로라 할 수 있다. 예를 들면, 제어기(2200)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러, 그리고 이들과 동일한 기능을 수행할 수 있는 로직 소자들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(2400)는 키패드, 키보드 및 표시 장치(display device) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기억 장치(2300)는 데이터를 저장하는 장치이다. 기억 장치(2300)는 데이터 및/또는 제어기(2200)에 의해 실행되는 명령어 등을 저장할 수 있다. 기억 장치(2300)는 휘발성 메모리 소자 및/또는 비휘발성 메모리 소자를 포함할 수 있다. 기억 장치(2300)는 플래시 메모리로 형성될 수 있다. 이러한 플래시 메모리는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)로 구성될 수 있다. 이 경우 전자 시스템(2000)은 대용량의 데이터를 기억 장치(2300)에 안정적으로 저장할 수 있다. 기억 장치(2300)는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(2500)를 더 포함할 수 있다. 인터페이스(2500)는 유무선 형태일 수 있다. 예를 들면, 인터페이스(2500)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 20 , the electronic system 2000 may include a controller 2200 , a storage device 2300 , and an input/output device 2400 . The controller 2200 , the memory device 2300 , and the input/output device 2400 may be coupled through a bus 2100 . The bus 2100 may be referred to as a path through which data moves. For example, the controller 2200 may include at least one of at least one microprocessor, a digital signal processor, a microcontroller, and logic devices capable of performing the same function. The input/output device 2400 may include at least one selected from a keypad, a keyboard, and a display device. The storage device 2300 is a device for storing data. The memory device 2300 may store data and/or instructions executed by the controller 2200 . The memory device 2300 may include a volatile memory device and/or a non-volatile memory device. The memory device 2300 may be formed of a flash memory. Such a flash memory may be configured as a solid state drive (SSD). In this case, the electronic system 2000 may stably store a large amount of data in the storage device 2300 . The memory device 2300 may include a semiconductor memory device according to example embodiments of the present invention. The electronic system 2000 may further include an interface 2500 for transmitting data to or receiving data from the communication network. The interface 2500 may be in a wired/wireless form. For example, the interface 2500 may include an antenna or a wired/wireless transceiver.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.In the above, exemplary embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that it can be Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

10: 몰딩 구조체 20: 몰딩 구조체 패턴
30: 적층 구조체 100: 기판
110: 절연막 112: 희생막
126: 반도체 패턴 126-1: 제1 반도체 패턴
126-2: 제2 반도체 패턴 128: 도전 패드
130: 정보 저장 패턴 140; 수직 채널 패턴
140-1: 제1 수직 채널 패턴 140-2: 제2 수직 채널 패턴
144: 매립 절연막 154: 트렌치
158: 공통 소오스 영역 172: 게이트 전극
180: 공통 소오스 플러그 반도체 메모리 장치는 제1 방향으로 배열되며 기판 상에 교대로 반복 적층된 게이트 전극과 절연막들을 포함하는 적층 구조체, 및 적충 구조체를 관통하는 수직 채널 구조체들을 포함한다. 수직 채널 구조체들의 각각은 상기 기판과 연결되는 반도체 패턴, 및 반도체 패턴과 연결되는 수직 채널 패턴을 포함한다. 수직 채널 구조체들에 포함된 반도체 패턴들 각각은 리세스된 측벽들을 가진다. 반도체 패턴들은 서로 다른 최소 폭들을 가진다.
200: 수직 채널 구조체
10: molding structure 20: molding structure pattern
30: laminated structure 100: substrate
110: insulating film 112: sacrificial film
126: semiconductor pattern 126-1: first semiconductor pattern
126-2: second semiconductor pattern 128: conductive pad
130: information storage pattern 140; vertical channel pattern
140-1: first vertical channel pattern 140-2: second vertical channel pattern
144: buried insulating film 154: trench
158: common source region 172: gate electrode
180: A common source plug semiconductor memory device includes a stacked structure including gate electrodes and insulating layers arranged in a first direction and alternately repeatedly stacked on a substrate, and vertical channel structures passing through the stacking structure. Each of the vertical channel structures includes a semiconductor pattern connected to the substrate and a vertical channel pattern connected to the semiconductor pattern. Each of the semiconductor patterns included in the vertical channel structures has recessed sidewalls. The semiconductor patterns have different minimum widths.
200: vertical channel structure

Claims (10)

기판 상에 교대로 반복 적층된 절연막들과 게이트 전극들을 포함하며, 제1 방향으로 배치된 적층 구조체들;
상기 적층 구조체들의 각각을 관통하고, 상기 기판과 연결되며 상기 제1 방향으로 나란히 배치된 제1 및 제 2 반도체 패턴들;
상기 적층 구조체들 각각을 관통하고, 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들의 각각 상에 배치된 제1 및 제2 수직 채널 패턴들;
상기 적층 구조체들 사이의 트렌치; 및
상기 트렌치 내에 배치된 공통 소오스 플러그를 포함하되,
상기 제1 반도체 패턴은 상기 트렌치에 근접하게 배치되고, 상기 제2 반도체 패턴은 상기 트렌치로부터 멀게 배치되며, 상기 제1 반도체 패턴의 최소 폭은 상기 제2 반도체 패턴의 최소 폭보다 작고,
상기 제1 및 제2 반도체 패턴들은 각각 리세스된 측벽들을 가지는 반도체 메모리 장치.
stacked structures including insulating layers and gate electrodes alternately repeatedly stacked on a substrate and disposed in a first direction;
first and second semiconductor patterns passing through each of the stack structures, connected to the substrate, and arranged side by side in the first direction;
first and second vertical channel patterns passing through each of the stack structures and disposed on each of the first and second semiconductor patterns;
a trench between the stacked structures; and
a common source plug disposed within the trench;
The first semiconductor pattern is disposed proximate to the trench, the second semiconductor pattern is disposed far from the trench, and a minimum width of the first semiconductor pattern is smaller than a minimum width of the second semiconductor pattern;
The first and second semiconductor patterns each have recessed sidewalls.
제1 항에 있어서,
상기 적층 구조체들 각각은 상기 반도체 패턴들에 의해 관통되는 제1 게이트 전극 및 상기 수직 채널 패턴들을 수평으로 감싸며, 상기 제1 게이트 전극 상에 수직으로 적층된 제2 게이트 전극들을 포함한 반도체 메모리 장치.
According to claim 1,
Each of the stacked structures includes a first gate electrode penetrated by the semiconductor patterns and second gate electrodes that horizontally surround the vertical channel patterns and are vertically stacked on the first gate electrode.
제2 항에 있어서,
상기 제1 게이트 전극은 상기 제1 및 제2 반도체 패턴들의 측벽들을 감싸고, 상기 제1 방향에서 서로 이격된 단부들을 가지며, 상기 제1 반도체 패턴과 상기 제2 반도체 패턴 사이에서 제1 두께를 갖고, 상기 단부들에 인접하여 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 가지는 반도체 메모리 장치.
3. The method of claim 2,
the first gate electrode surrounds sidewalls of the first and second semiconductor patterns, has ends spaced apart from each other in the first direction, and has a first thickness between the first semiconductor pattern and the second semiconductor pattern; A semiconductor memory device having a second thickness greater than the first thickness adjacent the ends.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반도체 패턴들 각각은 상기 리세스된 측벽들 사이에서 상기 최소 폭을 가지는 반도체 메모리 장치.
According to claim 1,
Each of the first and second semiconductor patterns has the minimum width between the recessed sidewalls.
제1 항에 있어서,
상기 제2 반도체 패턴의 상기 리세스된 측벽들은 상기 제1 방향에서 서로 대향하는 제1 리세스 측벽 및 제2 리세스 측벽을 가지며, 상기 제1 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이는 상기 제2 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이와 다른 반도체 메모리 장치.
According to claim 1,
The recessed sidewalls of the second semiconductor pattern have a first recess sidewall and a second recessed sidewall opposite to each other in the first direction, and the maximum recess depth of the first recess sidewall is the second recess. A semiconductor memory device different from the maximum recess depth of the sidewall of the recess.
제6 항에 있어서,
상기 제1 리세스 측벽에서의 상기 최대 리세스 깊이와 상기 제2 리세스 측벽에서의 상기 최대 리세스 깊이의 차이는 10Å 내지 60Å인 반도체 메모리 장치.
7. The method of claim 6,
A difference between the maximum recess depth in the first recess sidewall and the maximum recess depth in the second recess sidewall is 10 Å to 60 Å.
제1 항에 있어서,
상기 제1 반도체 패턴의 리세스된 측벽들의 최대 리세스 깊이들은 실질적으로 동일한 반도체 메모리 장치.
According to claim 1,
Maximum recess depths of the recessed sidewalls of the first semiconductor pattern are substantially the same.
기판 상에 교대로 반복 적층된 절연막들과 게이트 전극들을 포함하며, 제1 방향으로 배치된 적층 구조체들;
상기 적층 구조체들의 각각을 관통하고, 상기 기판과 연결되며 상기 제1 방향으로 나란히 배치된 반도체 패턴들;
상기 적층 구조체들 각각을 관통하고, 각각이 상기 반도체 패턴들의 각각 상에 배치된 수직 채널 패턴들;
상기 적층 구조체들 사이에 배치된 트렌치; 및
상기 트렌치 내에 배치된 공통 소오스 플러그를 포함하되,
상기 반도체 패턴들 중 적어도 하나는 상기 제1 방향에서 서로 대향하는 리세스 측벽들을 가지며, 상기 리세스 측벽들의 최대 리세스 깊이들은 서로 다른 반도체 메모리 장치.
stacked structures including insulating layers and gate electrodes alternately repeatedly stacked on a substrate and disposed in a first direction;
semiconductor patterns passing through each of the stack structures, connected to the substrate, and arranged side by side in the first direction;
vertical channel patterns passing through each of the stacked structures, each of which is disposed on each of the semiconductor patterns;
a trench disposed between the stacked structures; and
a common source plug disposed within the trench;
At least one of the semiconductor patterns has recess sidewalls opposite to each other in the first direction, and maximum recess depths of the sidewalls of the recess are different from each other.
제9 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반도체 패턴의 상기 리세스된 측벽들은 상기 제1 방향에서 상기 트렌치에 근접한 제1 리세스 측벽과 상기 트렌치로부터 먼 제2 리세스 측벽을 포함하며, 상기 제1 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이는 상기 제2 리세스 측벽의 최대 리세스 깊이보다 큰 반도체 메모리 장치.
10. The method of claim 9,
The recessed sidewalls of the at least one semiconductor pattern include a first recess sidewall proximal to the trench in the first direction and a second recess sidewall distal from the trench, wherein the maximum recessed sidewall of the first recess sidewall A recess depth is greater than a maximum recess depth of a sidewall of the second recess.
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